化学プロセスが平衡に達すると、平衡定数 (記号 K で示されることが多い) は、反応における生成物と反応物の関係に関する情報を提供します。たとえば、平衡状態での化学反応の濃度の平衡定数 (Kc で表される) は、生成物の濃度と反応物の濃度の比として定義でき、それぞれが他の反応物の化学量論係数に上げられます。平衡定数には複数の異なるタイプがあり、それぞれが平衡プロセスの生成物と反応物との間の関係を異なる測定単位で示していることを思い出してください。
化学反応の平衡定数は、反応物の量と生成物の量の比率として記述でき、反応の化学的挙動を特定するために使用されます。
システムが平衡状態にある場合、正反応の速度は逆反応の速度と等しくなります。
特定の温度範囲では、速度定数は常に同じです。原則として、正反応と逆反応の速度定数の関係は一定である必要があり、これを平衡定数 (Keq) と呼びます。
平衡定数の計算
定数 K は、式 K =[C]c[D]d / [A]a[B]b を使用して、平衡方程式 aA + bB ⇌cC + dD から導き出すことができます。ここで、K は定数です。たとえば、平衡方程式は aA + bB =cC + dD です。すべての生成物の濃度を分子に配置する必要がありますが、反応物の濃度は分母に配置されます。次に、各成分を個々の係数で累乗します。平衡定数を得るには、正反応の速度定数を逆反応の速度定数で割った値の半分に等しい。
質量作用の法則は、この関係に付けられた名前であり、平衡定数としても知られています。まず、この法則は、化学反応の速度は、反応に存在する反応物と生成物の両方の濃度に正比例すると主張しています。また、化学工学の重要な概念である、反応物と生成物の濃度の比は、平衡状態の反応では一定であるということも述べられており、現在の目的にとっておそらくより重要です。この定数は平衡定数と呼ばれ、K と略されます。
関係 K =[C]c[D]d/ [A]a[B]b は、K =kforward / kreverse と直接等価であるため、特に注目に値します。ここで、kforward は正反応の速度定数で、kreverse は逆反応の速度定数:
さらに、この式は、K が反応の程度を表す理由を説明しています。 K> 1 の場合、生成物の濃度を表す分子が大きくなります。K が 1 未満の場合、反応物の濃度を表す分母は大きくなります。
平衡定数KcとKp
平衡定数 Kc
これは、生成物と反応物の濃度の比として表され、記号 Kc で表されます。 Kc を計算するには、モル濃度で表す必要があります。
[A]、[B]、[C]、および [D] は、A および B 反応物の濃度、ならびに C および D 生成物の濃度を表します。化学式における各反応物および生成物の化学量論係数は、指数「a」、「b」、「c」、および「d」で表されます。 Kc の式では、反応物と生成物の濃度は、K の式と同じ化学量論係数に等しい累乗に増加します。
平衡定数 kp
Kp は平衡定数で、生成物の圧力と反応物の圧力の比として表されます。気体反応混合物の場合、この平衡定数は適切です。反応混合物中の気体成分の分圧が Kp の値を決定します。
分圧は文字「p」で表されます。その結果、pP、pQ、pR、および pS は、それぞれ P、Q、R、および S ガス成分の分圧です。化学式の各反応物および生成物の化学量論係数は、指数「p」、「q」、「r」、および「s」で表されます。
Kc と Kp の違い
平衡定数 Kc と Kp は文字で表されます。反応混合物が平衡に達すると、反応混合物中の生成物と反応物の濃度または圧力の関係を示す数値で表されます。基本的に、Kc と Kp の違いは、Kc が濃度の項から計算できる平衡定数であるのに対し、Kp は圧力の項から計算できる平衡定数であるということです。
可逆反応の場合、これは与えられた平衡定数です。生成物と反応物の濃度の比として表されるのは平衡定数 Kc であり、生成物と反応物の圧力の比として表されるのは平衡定数 Kp です。
結論
化学平衡は、正反応速度と逆反応速度が両方とも等しい化学反応の状態です。この平衡の結果として、反応物と生成物の濃度は、反応全体を通して一定のままです。しかし、濃度が変化していないからといって、すべての化学反応が完全に停止したわけではありません。反対に、化学平衡は、反応物が継続的に生成物に変化する動的な状態ですが、生成物が反応物に戻る速度と正確に等しい速度です。
