可逆反応は両方向で発生しますが、すべての可逆反応は「平衡」位置に落ち着きます。 このような反応の平衡を特徴付けたい場合、平衡定数は生成物と反応物の間のバランスを表します。 平衡定数を計算するには、平衡状態にあるときの反応における生成物と反応物の濃度に関する知識が必要です。 定数の値は、温度と、反応が発熱性であるか吸熱性であるかにも依存します。
TL; DR(長すぎる; 読んでいない)
一般的な反応の場合:
aA(g)+ bB(g)⇌gG(g)+ hH(g)
ここで、小文字はそれぞれのモル数、大文字は反応の化学成分を表し、括弧内の文字は物質の状態を表します。 次の式で濃度の平衡定数を見つけます。
Kc = [G]g [H]h ÷[A]a[B]b
発熱反応の場合、温度を上げると定数の値が減少し、吸熱反応の場合、温度を上げると定数の値が増加します。
平衡定数の計算
平衡定数の式は、一般的な「均一な」反応(生成物と反応物の物質の状態が同じである場合)を参照しています。これは次のとおりです。
aA(g)+ bB(g)⇌gG(g)+ hH(g)
ここで、小文字は反応の各成分のモル数を表し、大文字は反応の各成分のモル数を表します。 反応に関与する化学物質の代わりになり、括弧内の文字(g)は物質の状態を表します(ガス、この場合 場合)。
次の式は、濃度の平衡定数(Kc):
Kc = [G]g [H]h ÷[A]a[B]b
ここで、角括弧は、平衡状態での反応の各成分の濃度(1リットルあたりのモル数)を示しています。 元の反応の各成分のモルが式の指数になっていることに注意してください。 反応が生成物に有利な場合、結果は1より大きくなります。 それが反応物に有利な場合、それは1未満になります。
不均一な反応の場合、計算は同じですが、固体、純粋な液体、および溶媒はすべて、計算で1として単純にカウントされます。
圧力の平衡定数(Kp)は非常に似ていますが、ガスを含む反応に使用されます。 濃度の代わりに、各成分の分圧を使用します。
Kp = pGg pHh ÷pAa pBb
ここで、(pG)は成分(G)などの圧力であり、小文字は反応式のモル数を表します。
これらの計算は非常によく似た方法で実行しますが、平衡状態にある生成物と反応物の量または圧力についてどれだけ知っているかによって異なります。 既知の初期量と少しの代数を使用した1つの平衡量を使用して定数を決定できますが、一般に、既知の平衡濃度または圧力を使用すると、より簡単になります。
温度が平衡定数にどのように影響するか
混合物に存在するものの圧力または濃度を変更しても、平衡定数は変更されませんが、これらは両方とも平衡位置に影響を与える可能性があります。 これらの変更は、行った変更の効果を元に戻す傾向があります。
一方、温度は平衡定数を変化させます。 発熱反応(熱を放出する反応)の場合、温度を上げると平衡定数の値が減少します。 熱を吸収する吸熱反応の場合、温度を上げると平衡定数の値が上がります。 具体的な関係は、ファントホッフの式で説明されています。
ln(K2÷ K1)=(− ∆H0÷ R)×(1 / T2 --1 / T1)
ここで(∆H0)は反応エンタルピーの変化、(R)は普遍的な気体定数、(T1)および(T2)は開始温度と最終温度、および(K1)および(K2)は、定数の開始値と最終値です。