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化学平衡の基本md 6cd6573
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化学平衡かがくへいこう基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_941125f2e51765e27780e08d9e2146a5description化学平衡を、正反応と逆反応が同じ速度で進む動的なつり合いとして定義し、平衡定数の意味と限界を整理する。prerequisites化学反応式と量的関係 / 反応速度の基本 / 濃度type講義statusactiverelateddata/lecture/chemistry/theoretical/theoretical-chemistry-portal.lecture.n.md / data/lecture/chemistry/theoretical/chemical-kinetics-basics.lecture.n.md / data/lecture/chemistry/theoretical/acid-base-equilibria-basics.lecture.n.md / data/lecture/chemistry/theoretical/solubility-product-basics.lecture.n.md
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1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、化学平衡かがくへいこうchemical equilibrium反応はんのう停止ていしした状態じょうたいではなく、正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのうおな速度そくどすす動的どうてき状態じょうたいとして解説かいせつする。

平衡へいこう静止せいしかんがえると、濃度のうど圧力あつりょくえたときに反応はんのううご理由りゆうえない。かけの組成そせいわらなくても、分子ぶんしわりはつづいている。

2用語ようご定義ていぎ

可逆反応かぎゃくはんのうreversible reactionとは、正方向せいほうこう逆方向ぎゃくほうこう両方りょうほう進行しんこうできる反応はんのうである。

化学平衡かがくへいこうchemical equilibriumとは、可逆反応かぎゃくはんのうreversible reaction正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのう速度そくどひとしくなり、巨視的きょしてき濃度のうど時間変化じかんへんかしない状態じょうたいである。

平衡定数へいこうていすうequilibrium constantとは、一定温度いっていおんど平衡状態へいこうじょうたい組成そせいあらわりょうである。

3方針ほうしん

化学平衡かがくへいこうでは、つぎ順序じゅんじょむ。

  1. 反応はんのう可逆かぎゃくかを確認かくにんする。
  2. 正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのう速度そくどひとしい状態じょうたいかんがえる。
  3. 生成物せいせいぶつ反応物はんのうぶつ濃度比のうどひ平衡定数へいこうていすうあらわす。
  4. 条件変化じょうけんへんかでは、あたらしい平衡へいこうかうきをかんがえる。

4直感的ちょっかんてき説明せつめい

水槽すいそう左右さゆうさかなおなかずだけしていると、左右さゆうさかなかずわらない。しかし移動いどうまっていない。化学平衡かがくへいこう同様どうように、正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのうつづいているが、全体ぜんたいとして濃度のうどわらない状態じょうたいである。

5厳密げんみつ説明せつめい

5.1関係式かんけいしき単純たんじゅん正逆反応せいぎゃくはんのうでは速度そくど等式とうしきから平衡定数へいこうていすう

仮定かていとして、反応はんのう AB単純たんじゅん一次反応いちじはんのうとしてすすみ、正反応速度せいはんのうそくどv+=k+[A]逆反応速度ぎゃくはんのうそくどv-=k-[B] であるとする。結論けつろんは、平衡へいこう[B]/[A]=k+/k- となることである。

証明しょうめいする。平衡へいこうでは正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのう速度そくどひとしいので、k+[A]=k-[B] である。k-0[A]0範囲はんい両辺りょうへんk-[A]ると、[B]/[A]=k+/k-る。□

この議論ぎろん単純化たんじゅんかした模型もけいである。一般いっぱん平衡定数へいこうていすう熱力学ねつりきがく活量かつりょうもちいて定義ていぎされる。高校化学こうこうかがくでは、希薄溶液きはくようえき理想気体りそうきたい近似きんじのもとで濃度のうどもちいたかたちとしてあつかう。

5.2定義ていぎ高校化学こうこうかがく使つか濃度平衡定数のうどへいこうていすう

aA+bBcC+dD

仮定かていとして、温度おんど一定いっていで、溶液ようえき十分じゅうぶん希薄きはく、または気体きたい理想気体りそうきたいとしてあつかえるとする。この近似きんじでは、活量かつりょう濃度のうどえて、濃度平衡定数のうどへいこうていすう Kcつぎ定義ていぎする。

Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b

純粋じゅんすい固体こたい液体えきたいは、活量かつりょうをほぼ 1 となすので、このしきには通常つうじょうれない。係数けいすう指数しすうになることは、単純たんじゅん粒子数比りゅうしすうひえではなく、熱力学ねつりきがく定義ていぎされる反応はんのう標準自由ひょうじゅんじゆうエネルギー変化へんか対応たいおうする。

5.3関係式かんけいしき質量作用しつりょうさよう速度式そくどしき仮定かていすればおなかたち

仮定かていとして、うえ可逆反応かぎゃくはんのう素反応そはんのうとしてすすみ、速度式そくどしき

v+=k+[A]a[B]b,v-=k-[C]c[D]d

あたえられるとする。結論けつろんは、平衡へいこう

[C]c[D]d[A]a[B]b=k+k-

となることである。

証明しょうめいする。平衡へいこうでは v+=v- なので、

k+[A]a[B]b=k-[C]c[D]d

である。k-0 であり、分母ぶんぼ濃度のうどが 0 でない範囲はんい両辺りょうへんk-[A]a[B]bると、

[C]c[D]d[A]a[B]b=k+k-

る。□

ただし、実際じっさい反応はんのう複数ふくすう素過程そかていからなることがおおい。その場合ばあい平衡定数へいこうていすう一般式いっぱんしき速度式そくどしきだけから証明しょうめいするのではなく、熱力学ねつりきがく定義ていぎとしてる。

6見分みわかた

がかりるもの
がある可逆反応かぎゃくはんのう
平衡定数へいこうていすう生成物せいせいぶつ分子ぶんし反応物はんのうぶつ分母ぶんぼ
濃度のうどえるあたらしい平衡へいこう移動いどう
温度おんどえる平衡定数へいこうていすうそのものがわる

7どこまで成立せいりつするか

厳密げんみつ平衡定数へいこうていすう濃度のうどではなく活量かつりょうactivity定義ていぎする。希薄溶液きはくようえき理想気体りそうきたいでは活量かつりょう濃度のうど分圧ぶんあつ近似きんじできる。濃厚溶液のうこうようえきでは、この近似きんじくずれる。

8最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]平衡では正反応速度=逆反応速度
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b

9一言ひとことでいうと

化学平衡かがくへいこう停止ていしではなく、正反応せいはんのう逆反応ぎゃくはんのうおなはやさですす動的どうてきいである。

10関連かんれんリンク

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