物理的および化学的プロセスにおける平衡と、これに関連するその他の重要な主題について議論します。最後までお付き合いください。ためらうことなく、始めましょう。
化学的平衡とは何ですか?
可逆反応の場合、順反応速度と逆反応速度が同じ場合、この特定の状態を化学平衡と呼びます。化学平衡の良い例は、清涼飲料ボトル内のガス状二酸化炭素と水の間の反応です。炭酸ガスは飲み物の中やキャップと飲み物の間に溶け込んでいます。ボトル内の二酸化炭素の連続的な相変化があります。二酸化炭素の気体から液体への変化と、液体から気相への変化があります。しかし、これらの相変化は私たちには見えません。したがって、この系は化学平衡にあると言われています。
ここでの反応は
CO₂ (g) + H₂O (l) ⥨ H₂CO₃ (aq)
化学平衡カテゴリ
化学平衡は 2 つのタイプに分類できます:
均質な均衡:
不均一平衡と比較すると、均一平衡は比較的単純であり、物理的および化学的プロセスにおける平衡に関してそれほど複雑ではありません.
この種の反応物と生化学的平衡の生成物は、常に同じような状態にあります。したがって、均一平衡はさらに 2 つのカテゴリに分類されます:生成物によって生成される分子の数が、反応物によって生成される分子の数と等しい反応。
最も典型的な例は、気体要素または溶液プロセスが関与する反応です。
例 1 - アンモニアは窒素と水素の相互作用によって形成されます (ハーバーの過程)。
N₂(g)+ 3H₂(g) ⇔ 2NH₃(g)
例 2 – 流動段階の均一な反応性の最も受け入れられる例は、生のアルコールと有機酸の間のエステル化プロセスです。
CH₃COOH(l) + CH₃CH₂OH(l) ⇔ CH₃COOCH₂CH₃(l) +H₂O(l)
不均一な均衡:
この異種平衡は、システム内の平衡状態に複数の段階からのコンポーネントが含まれている場合に発生します。たとえば、ある温度のシリンダーに氷と水を入れると、両方の相が連続して存在できるようになります。氷と水の両方が平衡状態にあります。これは異種平衡として知られています。
不均一系における平衡は、反応物と生成物が物質の複数の物理的状態にある場合に発生します。例えば、二酸化炭素（気体状態）と炭素（固体状態）を反応させると、生成物は一酸化炭素（気体状態）になります。ここでは、前方反応と後方反応の速度は同じです。この不均一平衡反応の方程式は
CO₂ (g)+ C(s) ↔ 2CO (g)
上記の反応では、反応物と生成物の物理的状態は同じではありません。したがって、それは不均一平衡と呼ばれます。
CaCO3 分解を使用した可逆プロセスを示しましょう。炭酸カルシウムは分解して CaO と CO2 を形成します。正確な瞬間に、CaCO3 が分解する速度は、生成物が混合して反応物を形成するときと同じです。この時点で、物理的および化学的プロセスの平衡に達しています。
CaCO₃ (s) ⇌ CaO (s) + CO₂ (g)
不均一な均衡の例
不均一平衡と化学反応平衡の熱力学の例をいくつか示します。
複合鉄酸化物がガス一酸化炭素と反応すると、純粋な鉄とガス二酸化炭素が生成されます。
FeO (s) + CO (g)→ FeO (s) + CO2 (g)
蒸気は燃焼中の高温炭素と反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを生成します。
H₂O (g) + C (s) + CO →H₂(g) + CO (g)
二酸化炭素ガスと固体炭素の相互作用により、平衡状態で一酸化炭素ガスが生成されます。
CO₂(g) + C(s) →2 CO(g
平衡定数とは正確には何ですか?
この平衡定数は、特定の温度での平衡プロセス中の反応物とアイテムの量の間の関係を表す合計のようです。これは「KC」と書きます。 KC の式を決定するために、均一平衡方程式を考えてください。
aA + bB ⇔ cC + dD
生成物は通常右端に配置され、反応物は常に左端に配置されることに注意してください。このようなプロセスのこの平衡定数 KC は、係数を指数とする項目が分子を構成し、その分母を作成する反応物が占める比率です。
Haber のアンモニア製造プロセスの平衡変数式 KC をインスタンスとして作成しましょう。
2NH3 (g) ⇌ N2(g) + 3H2(g)
KC は KC =[NH3]² / [N2] [H2]³ で表されます
ル シャトリエの発熱原理により、N₂ のような分子が 1 つしかない元素については、1 の指数値について言及する必要がないことに注意してください。したがって、プロセスのガスおよび水分元素の濃度のみが調査されます。
化学的平衡に影響を与える要因
コンポーネント内の単一の変更が平衡設定に影響を与える場合、プロセスは変換全体の影響を中和または減少させます。この考えは、物理的プロセスと化学的プロセスの両方における平衡に関連しています。
プロセスの熱、圧力、強度はすべて、平衡に影響を与える要因です。さらに、生化学的平衡に影響を与えるいくつかの重要な要素については、以下で説明します。
濃度変化:
追加の材料を消費する反応により、反応分子または生成物の濃度が低下します。
取り出された反応物と生成物の濃度は、除去された物質を復元するプロセスによって軽減されます。
化学平衡中の溶液の構成は、その反応物と生成物の強度が変化するたびに変動します。
圧力変動:
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、気体分子と生成物の総量が変化し、気体プロセスに影響を与えます。固体と流体の両方の力の変化は、ル シャトリエの発熱原理に基づいて、不均一な生化学的平衡では無視される可能性があります。これは、体積が力に依存しないためです。
結論
平衡状態は、反応物と生成物の濃度に正味の変化がない状態です。平衡状態に明らかな変化はありませんが、これはすべての化学反応が停止したことを意味するものではありません。ただし、化学反応平衡熱力学とそれに関連するその他の重要な主題がすべてです。
