異なるフェーズまたは物理的性質の間で発生する平衡は、物理的平衡と呼ばれます。これらの操作では、化学構造に変化はありません。これは、2 つの異なる物理的状態で存在する同じ物質を表しています。
- 相平衡は物理的平衡の一種です。
- 溶質と固体の平衡
- 液体と気体の平衡
平衡とは、時間の経過に伴うシステムの対象項目の内容と構成 (色、圧力、または温度によって評価される) の一貫性を指します。前方応答速度は、平衡状態での反応の後方速度と同じです。
平衡の例としては、テーブルの上の本、密閉容器内の液体、飽和溶液、極性溶媒中のイオン化合物、アンモニアの生成などがあります。
身体的平衡の種類
相の平衡:
0°C では、氷になる水分子の量は、溶けて液体の水になる水分子の数と同じです。水が凍る速度は、氷が溶ける速度と同じです。その結果、固体の氷と液体のバランスが保たれます。
氷 (s) ⇌ 水 (l)
密閉容器では、蒸気になる分子の数は、凝縮して液体になる分子の数と同じです。液体の水が蒸発する速度は、水蒸気が凝縮する速度と同じです。液相とそれ自体の気相はバランスが取れています。
水 (l) ⇌ 水 (g)
溶質と固体の平衡:
飽和溶液が不溶性溶質と接触すると、溶液から出る (沈着する) 分子の数は、固体から液体に入る (溶解する) 分子の数に等しくなります。その結果、溶解していない固体と溶液中の溶質は平衡状態にあります。
気体と液体の平衡:
液体と反応しない気体は、液体の圧力に正比例して溶解することがあります。液体内の空気と液体のすぐ上に存在する気体は、密閉容器内でバランスが取れています。たとえば、ソフトドリンクの二酸化炭素ガスは、容器の空きスペースのガスとバランスが取れています。
気体 (溶液) ⇌ 気体 (g)
化学過程と平衡
可逆反応
名前が示すように、これらの応答は順方向と逆方向の両方で発生します。反応物と生成物の濃度は、順方向と逆方向の反応速度が同じ場合、このような反応で一定に保たれます。この時点で、反応は化学平衡状態にあったようです。
しかし、この均衡は本質的に動的であると考えられています。これは、反応物が反応して生成物を生成する正反応と、生成物が結合して元の反応物を生成する逆反応があるためです。これらの化学反応をさらに詳しく見てみましょう。
平衡状態における化学プロセスの動的性質
A + B ⇌ C + D
生成物 (C および D) は時間とともに増加しますが、反応物 (A および B) は減少します。その結果、正反応の速度が低下し、逆反応の速度が増加します。最終的に両方の反応が同時に起こり、平衡状態になります。このバランスはどちらの方法でも実現できます。
化学平衡は双方向
反応物または生成物から開始するかどうかにかかわらず、平衡は反応の両側で達成できます。次の反応を見てみましょう。
H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)
一定濃度の H2 と I2 で反応を触媒すると、反応は順方向に進行し、H2 と I2 のパーセンテージが減少し、HI の濃度が平衡に達するまで増加します。
前述の反応を逆にすると、HI の濃度が低下し、H2 と I2 の濃度が平衡に達するまで増加します。その結果、特定の体積内の元素の原子の総数が同じである場合、反応物または生成物から開始するかどうかにかかわらず、平衡混合物は同じになります.
(i) 液体と気体が平衡状態にあるとき、液体の蒸気圧は特定の温度で一定のままです。
(ii) 特定の温度で、固体 =溶液平衡が生じると、溶液中の溶質の濃度は一定になります。
(iii) ある温度で、液体のすぐ上の気体の圧力は、気体 =溶液平衡の状況で一定になります。
(iv) 2 つの相が平衡状態にある場合、それらが共存できる温度 (融点) は 1 つだけです。つまり、温度は特定の圧力で一定のままです。
物理的均衡には次の特徴があります:
<オール>- 平衡は動的な性質を持っています。つまり、いったん平衡に達するとプロセスが停止することはありませんが、順方向の反応の速度は逆方向の反応の速度と等しくなります。
- 化学物質の濃度が一定のままであるため、融点、沸点、蒸気圧、溶解度などのシステムの定量化可能な特性は一定のままです。
- 平衡に達すると、反応する成分の濃度を含む式は、特定の温度で一定の値になります。
- 気体が液体に溶ける場合、圧力を上げると常に気体の液体への溶解度が向上します。
結論:
平衡とは、温度、圧力、流量などのパラメータが平衡状態にあるプロセスの状態であり、時間の流れによって圧力が変化せず、システムの濃度は変化しません。反対のプロセスが単に物理的な変化を伴う場合、平衡は物理的平衡と呼ばれます。反対のプロセスが化学変化を伴う場合、つまり反対のプロセスが化学反応である場合、平衡は化学平衡と呼ばれます。平衡状態では、相反する両方のプロセスが同時に発生します。平衡混合物とは、平衡状態にある反応物と生成物の混合物を指します。
以下は化学反応の例です:
aA + bB ⇌ xX + yY
反応物は A と B で、生成物は X と Y です。反応物と生成物の間の二重矢印は、反応が両方向で同時に発生していることを示します。
