平衡定数とは、反応の兆候(過程が自発的か否か)を示す方法です。反応物への生成物の濃度によって変化する反応の状態（規格外状態）を表現する必要があります。
ギブスの自由エネルギーとは?
ギブスの自由エネルギーは、熱力学的ポテンシャル、一定の圧力と温度で熱力学的システムによって行われる可逆または最大仕事として定義できます。 1 秒間に電気エネルギーによって行われる仕事は、転送された総ギブス エネルギー電荷とポテンシャル セルの起電力の積として表されます。
ギブスの自由エネルギー方程式-
ΔG =ΔH – TΔS
こちら
ΔG はギブスの自由エネルギーを表します。
ΔH はエンタルピー変化です。
T は温度、
ΔS はエントロピーの変化です。
ΔG <0 の場合、エネルギー応答は自発的です。
ΔG> 0 の場合、通常、エネルギー応答は非自発的です。
ΔG =0 のとき、反応は平衡に達します。
自由エネルギーと平衡定数の式
特定の温度での ΔG0 反応には単一の値があります。しかし、ΔG の場合、異なる値が存在する可能性があります。両方の値は、反応が発生するために重要です。
生成物と反応物の比率が平衡状態にある場合、反応 (Q) は平衡定数 (Q =K) を示します。自由エネルギー (ΔG =0) が減少する自発的なプロセスの場合、プロセスの反応は平衡に向かって進みます。
平衡状態では、順方向と逆方向のプロセスが同じ速度で発生します。
次の方程式は、反応中の任意の時点での自由エネルギーの標準状態間の関係を示しています。
ΔG =ΔG0 + RT ln Q (Q =K)
ΔG =ΔG0 + RT ln K=0
ここで ΔG =0
0=ΔG0 + RT ln K
ΔG0 =– RT ln K
温度 T で、ΔG0 は次のように計算されます
ln K=– ΔG0/RT
平衡定数、K=eRT/ΔG0
どこで
G – いつでもフリーエネルギー
ΔG0 – 標準状態の自由エネルギー (KJ/mol)
R は理想気体定数で、8.314 J/mol-k に等しい
T はケルビンでの絶対温度です
K は平衡定数です
- ΔG0 <0, K>1 =反応は製品形成を支持する
- ΔG0> 0、K<1 =反応は反応物形成を優先
- ΔG0 =0, K=1 =反応は反応物も生成物も形成しない
エンタルピーとエントロピーの変化がわかっていれば、この方程式を使ってさまざまな化学反応を計算できます。これは、エンタルピーとエントロピーが、温度による平衡定数の変化に従って測定できることを意味します。
自由エネルギーの用語
標準的な自由エネルギー形成:
標準自由エネルギー形成は、標準状態の元素から 1 モルの純粋な物質が形成されるときのギブズ自由エネルギー変化として定義されます。
標準自由エネルギー変化:
標準自由エネルギー変化は、標準条件下で行われた反応によるギブズ自由エネルギーの変化として定義されます。
標準自由エネルギーの例
H2 + 3N2 → 2NH3
反応は 298 K で行われます。 ΔG =-32.7 kJ/mol. Kp を見つける
答え:ΔG=-RT in Kp
Kp =– ΔG/RT
=– (-32.7 x 103J/mol) / (8.314 J/K mol x 298 K)
=13.2
Kp =5.4 x 105
結論
平衡定数 (K) を反応商 (Q) と比較すると、反応がどのように進行するかを解読するのに役立ちます。平衡を達成します。システムが平衡状態にあるとき、ΔG =0 および ΔG0 は、すべての生成物と反応物が標準状態にあることを示します。
したがって、ΔG0 =-RT InK
反応に関与する気体の平衡定数 K は、その濃度で表されます。
- ΔG0 <0 の場合、K> 1 の場合、商品がより好まれることを意味します
- ΔG0> 0 の場合、K <1 の場合、反応物がより優先されることを意味します
- ΔG0 =0、K =1 の場合、反応物と生成物の両方が優先されないことを意味します。
