化学平衡から反応が進むとき

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• 化学平衡の基本式（復習）
  • 化学平衡の基本式（覚えて使えるように）のコースでは、化学平衡になる条件を記しました。

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    //////////////// 化学平衡の基本式（復習） /////////////////////////

    
    

                　　　　【原形】                                 【生成形】

    
            　　　　    aA  +  bB  +  …　　  ⇆         xX  +  yY  + …
     

    平衡状態においては、以下の関係が成り立ちます。

                 
    

    
    

    Kを平衡定数とよび、この関係を質量作用の法則といいます。

    
    
    

    [A], [B], [X], [Y]はこの反応の平衡濃度、a, b, …, x, y, …は反応モル比です。

     

    ここで、
    

    原形を構成する各物質の標準生成ギブズエネルギーの合計：ΣG_f⁰_原形

    
    

    生成形を構成する各物質の標準生成ギブズエネルギーの合計：ΣG_f⁰_生成形

    
    

    として、

    反応前後における（生成形と原形を構成する物質の）標準生成ギブズエネルギーの合計差をとると、

    
    

    ⊿∑G_f⁰_{生成形－原形} ＝ ΣG_f⁰_生成形 － ΣG_f⁰_原形

     

    この反応が平衡状態にあれば、以下の関係を満たします。

    
    

               ⊿∑G_f⁰_{生成形－原形} ＝ －R・T・lnK
     

             気体定数R = 8.314、Tは絶対温度

    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    
    

• 平衡状態ではないとき（どちらかの方向に反応が進むとき）

  
  

  長々しく説明していますが、下へスクロールして、赤字で記したところだけ覚えればよいです。

  • 　物質A, B, X, Yが混在する系において、平衡状態ではないことも当然あります。

    　一般的（平衡とは限らず）に、原形や生成形にある物質のギブズエネルギーの合計は、

    （標準状態で物質を合成するのに必要なエネルギー：標準生成ギブズエネルギー）＋（物質を標準状態から任意の状態や濃度に変えるエネルギー）

    で表されます。

    物質を標準状態から任意の状態や濃度に変えるエネルギー＝  RT・ln（活量積）　となります。

    　（式導出は、あとのコースで扱います）

     

    ΣG_原形 = ΣG^f_原形 + RT・ln（原形の活量積）

    
    

    ΣG_生成形 = ΣG^f_生成形 + RT・ln（生成形の活量積）

     

    　原形と生成形を構成する物質のギブズエネルギーの合計差（⊿∑G_{生成形－原形} ）は、

     

    ⊿∑G_{生成形－原形} = ΣG_生成形 － ΣG_原形

    
    

          = （  ΣG^f_生成形 + RT・ln（生成形の活量積）） －　（ ΣG^f_原形 + RT・ln（原形の活量積））

    
    

          = ΣG^f_生成形 － ΣG^f_原形 +  RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）

    
    

          ＝ ⊿∑G_f⁰   +    RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）

    
    

    　　　（⊿∑G_f⁰  ：生成形と原形に存在する物質の標準生成ギブズエネルギーの差）

    
    で与えられます。

    注１：　ここで記している、【生成形の活量積】や【原形の活量積】は、平衡状態とは限らないときの任意の活量の積を意味します。

    注２：　活量は馴染みが薄いので、とりあえず、「活量」＝「濃度」　として進めてください。
    

    
    
    

    平衡状態にあるときは

    
    

    ⊿∑G_{生成形－原形} = 0

    
    

    のときでした。つまり、

    
    

    ⊿∑G_f⁰  =  －RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）

    
    

    を満たすときです。

     

    平衡状態ではないとき、

    
    

    ⊿∑G_{生成形－原形} <  0　であれば、反応は、【原形】→　【生成形】に進む。

    
    

    ⊿∑G_{生成形－原形} >  0　であれば、反応は、【生成形】→　【原形】に進む

    
    
    

  • 反応の進むとき条件を、平衡定数(K)を使って表します

    
    

    ～～～～～反応が【原形】→【生成形】に進むとき条件～～～～～～～～～

    
    

    ⊿∑G_{生成形－原形} < 0　のとき、反応は、【原形】→【生成形】に進む。

     

    これを書きかえると、

    
    

    ⊿∑G_{生成形－原形} = ⊿∑G_f⁰ + RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）より、

    
    

    ⊿∑G_f⁰ + RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）< 0　

    
    

    のとき、反応は、【原形】→【生成形】に進む。

     

    ⊿∑G_f⁰  = －RT ・ln K　　　だから、

    
    

    lnK  >  ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）

    
    

    つまり、

    
    

    　【生成形の活量積】／【原形の活量積】<  K　

    
    

    のとき、反応は、   原形→生成形　に進む。

    
    

    逆に、

    　【生成形の活量積】／【原形の活量積】>  K　

    
    

    のとき、反応は、   生成形→原形　に進む。

    
    

     

    ※　ここでいう【活量】（もしくは濃度）は、平衡状態とは限らないとき、ある系の物質の活量（もしくは濃度）である。

     

    ※　【平衡状態における生成形の活量積】／【平衡状態における原形の活量積】＝K　だから、

    　　平衡状態ではないとき、原形の活量積が大きくなれば、原形→生成形の反応が進み、

    　　生成形の活量積が大きくなれば、生成形→原形の反応が進むと理解しておく。

    　　　　

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