平衡定数式

平衡定数は、化学プロセスが平衡に達したときの生成物と反応物の関係に関する情報を提供します。これは通常、記号 K で示されます。この記事では、平衡定数の概念と式を理解します。

平衡定数式

平衡定数式によれば、生成物の濃度と反応物の濃度の比は、それぞれの化学量論係数まで上げられ、濃度の平衡定数として定義できます。平衡時の化学反応におけるKcで表されます。

さまざまな種類の平衡定数があることがわかります。これらの定数は、平衡反応の生成物と反応物間のさまざまな単位に関する関係を示します。

したがって、反応が平衡に達すると:

aA + bB ↔ cC + dD

前方反応の割合 =後方反応の割合

つまり、Rf =Rb

または

Kf × α × [A]a[B]b =Kb × α × [C]c [D]d

したがって、可逆反応の場合:

aA + bB ↔ cC + dD

平衡定数 K は次のようになります。

K=[C]c [D]d [A]a [B]b

どこで

[A] =Aの平衡濃度

[B] =Bの平衡濃度

[C] =Cの平衡濃度

[D] =D

同様に、反応に気体が含まれる場合、式は次のようになります:

K =kfkb

Kp =[PC]c [PD]d / [PA]a [PB]b

平衡定数の式に従うと、平衡定数はガスの分圧で表されます。したがって、上記の式では、Kp は分圧に関して平衡定数を定義します。さらに、値の結果は次のことを示します:

• KcKp の値が大きいほど、製品形成とコンバージョン率が高いことが示されます
• 低い製品形成と低いコンバージョン率は、低い KcKp 値で示されます。

• KcKpare の値が中くらいのときに最適な製品形成があります。

平衡定数の単位

平衡定数の単位は次のとおりです:

t =[モルL-1]△n.

ここで、 Δn =生成物の化学量論係数の合計 – 反応物の化学量論係数の合計。平衡定数は化学量論係数に対する濃度の比率として定義できるため、この式が結果になります。

反応商とギブズ自由エネルギーの関係

このプロセスは、自由エネルギーの変化に関連しています。平衡状態では、K は反応物に対する生成物の相対数です。対照的に、Q は、反応中の任意の時点での比率を表します。反応の方向は、Q 値と K 値を比較することで判断できます。

したがって、△G はギブスの自由エネルギーを表し、K は平衡定数を表し、Q は反応商を表します。

反応商とギブズ自由エネルギーの関係は、次のように反復できます。

平衡定数に影響する要因

平衡定数は、以下の要因の影響を受けます:

• 反応は、除去された物質の補充の方向に、除去された反応物または生成物の濃度を放出します。化学平衡では、反応物または生成物の量が変化すると組成が変化します。
• 体積の変化は圧力の変化を引き起こします。圧力が変化すると、ガス状の反応物と生成物の総量が変化し、ガス状のプロセスが変化します。
• 温度変化は反応速度に影響を与えます。温度が上昇すると、発熱反応の平衡定数が低下します。

計算

値が与えられれば、平衡定数は簡単に計算できます。平衡定数を計算する際は、以下の手順を使用する必要があります:

• 最初のステップは、平衡定数式の値を変更することです。
• その後、反応物と生成物のモル濃度または分圧を決定する必要があります。
• チャートを使用して、すべての平衡定数濃度または分圧を計算します。
• 最後に、平衡式に代入して K を解きます。

平衡定数の特徴

• 平衡定数の値は、反応物の開始濃度の影響を受けません。
• 初期平衡定数の逆数が逆平衡定数です。これは次のように反映できます:

クレブ =1keq

• 平衡定数は、触媒の存在による影響を受けません。これは、触媒が前方反応と後方反応の両方のペースに等しく影響するためです。
• 同じプロセスでも温度が変化すると、平衡定数の値が変動します。
• 反応の化学量論が変化すると、それに対応して平衡定数のべき乗が変化します。

• 最後に、平衡反応は同時に起こり、同じ結果になります。反応の平衡定数は一定のままです。一般的な製品の濃度が高いため、製品の濃度が低下します。

結論

平衡での化学反応における生成物と反応物の濃度の比率は、平衡定数と呼ぶことができます。平衡定数は、触媒の存在によって影響を受けません。これは、触媒が前方反応と後方反応の両方のペースに等しく影響するためです。平衡定数の値は、同じプロセスでも温度が変化すると変動します。