化学式平衡の理解

化学式平衡は、前方および逆の反応が同時に起こる動的な状態であり、反応剤および製品の一定の濃度を時間をかけて導きます。このバランスは静的ではありません。分子は絶えず相互変換されますが、正味の濃度は変化しません。平衡状態は、平衡定(K)によって数学的に記述され、製品濃度の比率(それらのstoichiometric係数に上昇)は、それらの温度を吸収するために(A)を吸収します。

K = [C]]c[D]]]/[A]a[B]b[]]

この定数は反応の程度定量測定を提供します。K は、K が小さい反応剤を支持する一方で、K は製品に好意を持っています。外部の変化がこの平衡にどのように影響するかを理解することは、研究と業界の両方の化学反応を制御するための中央です。

ル・シャテリアの原則

Le Châtelierの原則は、1884年にフランスの化学者Henri Louis Le Châtelierによって策定され、Equilibriumのシステムが集中、温度、または圧力(ガスの場合)の変化に従うと、システムは、その位置を部分的に変化を対比し、再確立された平衡を対比する方向に対向する方向にシフトする定性ツールです。 反応濃度の変化のために、このシステムは、明確な指針を提供します。

  • ]反応剤を追加:[]])、システムが、前方反応を好んで、より多くの製品を生成するためにシフトします。
  • :反応剤の除去:[)システムは、除去された反応剤を交換し、逆反応を支持し、製品からより多くの反応剤を生成します。

コアの考え方は、集中変化によって課されるストレスを緩和するために、平衡「応答」であるということです。この行動は予測可能で再現性があり、化学プロセス設計の角質化を実現します。さらに読むには、]を参照してください。LibreTextsのLe Châtelierの原則。

リアクタントの追加効果

複数の反応剤が、平衡混合物に導入されると、反応の整合体(Q)は一時的に低下(添加物質が反応剤である場合)または増加(製品が添加されている場合は、ここで我々は、反応剤に焦点を当てます)。 平衡の反応のために、Q = K. Q = K. Q = K. Q = K. Q = K. Q = Q = K. Q = Q = Q = K. Q = Q = Q = Q = Q = K. Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = K. Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q

例:アンモニア合成(葉プロセス)

アムニアの産業合成を考慮してください。N2](g)+ 3H2(g):16 溶融2NH]3(g)])。 追加のN(g)[FLT:](g)[FLT:](H[FLT:](H[FLT:]:])は、または、または、溶融(H[FLT:[F])[F]([FLT:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[FLT:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT:

例:水素酸化物形成

別の古典的な例: [H]2(g) + I2(g) の 温度2HI(g)[]]。 追加H2]は、平衡混合物に添加され、システムは、いくつかのH:]を変換することにより、反応する[FLT:] [FLT:] [FLT:] [FLT:] と、 と、 水素の逆転が増加する:[FLT:[F] と、 と、 と、 逆転が、 逆転が、 [FLT:[FLT:[FLT:[F] と、 と、逆転が、 と、 の逆転が、 と、 の[FLT:[F] の逆転が、 と、 と[FLT:[FLT:[F] の逆転が、]

反応の量的および平衡シフトのより定量的治療については、反応の量的治療]を参照してください。 反応の量的のカンアカデミーチュートリアル。

反応剤の除去効果

逆に、反応剤が、平衡でシステムから削除されると、その種の濃度が低下します。これにより、反応量子がより小さいため、反応量子がQ > Kになります。平衡を回復するために、システムは左にシフトし、逆反応を好ましい:製品は、欠落した反応物質を再生するために消費されます。その結果、製品濃度の純減少と残りの反応器の濃度の増加です。

例:アンモニア合成における水素の枯渇

葉皮プロセスへの収差:水素ガス(H]]2])が、反応器(例えば、膜を介して、または別の側面反応で消費されるため)から選択的に削除され、平衡は左にシフトします。 アンモナル(NH)])は、Nに分解される理由を[FLT]:[FLT]:[FLT]:[FLT]:[F]:[F]]を、および[FLT]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F

例: 葉書処理反応比

慣行では、Haber プロセスは N2 の超過を使用します。 stoichiometric 1:3 比相対。 1 が意図的に N2[]] を削減した場合、システムはより N]2 を N]]2[]]] を分解し、反応する、両方の反応を生成します。 、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エバーが、エ

定量的考慮事項:反応量子

反応剤が添加されるか、除去されるとシフトの方向と範囲は、反応の整合体(Q)を使用して予測することができます。 任意の時点で、Q = [製品]]coffs] / [反応剤]coffs[]]]。 KとQを比較すると、次のように伝えます:

  • Q < K: フォワード反応が好まれる場合(システムシフト右)。
  • Q > K:逆反応が好まれる(システムシフト左)。
  • Q = K:システムが平衡にある場合。

反応性物質を追加すると、その濃度が増加し、Q の分母器を大きくする(それにより、その反応性のための Q の式の分母器に現れます)。 したがって、Q は K よりも小さくなり、正しいシフトをトリガーします。 反応剤を除去すると、分母器が減少し、Q は K よりも大きくなり、システムが左にシフトします。 この量的フレームワークは、化学者が変更後の新しい平衡濃度を計算することを可能にします。 定数条件は、ELTF の計算 を参照してください。

リアルワールドアプリケーション

産業化学統合

反応性濃度を制御することは、多くの化学プロセスにおける歩留まりを最大化するために不可欠です。 [] 燃料プロセス] (アンモニアの生産) および コンタクトプロセス] (硫酸の生成) 連続して、目的の製品に平衡をシフトする製品を追加します。 アンモニアの場合、非反応性N [FLT:] [FLT:] 溶解剤を除去するが、適切な製品に使用されます。 [FLT] 溶解剤は、再剥離する。 [FLT] と [FLT] 再溶解] 再処理が、 [FLT] 再処理されます。 [FLT] 溶解剤は、 [FLT] 再処理が、 [FLT] と [FLT] 再処理が、 [F] 再処理されます。 [FLT] または [FLT] 再溶解液化されます。 [F] 再溶解液は、 再処理が、再処理されます。 [F] 再処理されます。 [F] 再溶解液化されます。 [

環境化学・平衡制御

平衡シフトの理解は、環境化学でも重要です。例えば、CO2]の海域では、平衡:CO:162[(aq)+H]O 酸[FLT:]:[FLT:]:[FLT:]:[FLT:]:[FLT]:[FLT]:[FLT]:[FLT]:[FLT]:[FLT]:[F]:[FLT]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:

バイオケミカルシステム

生物の生物では、酵素触媒反応はしばしば平衡の近くで作動します。基質およびプロダクトの集中は新陳代謝経路の方向を運転するためにしっかりと調整されます。例えば、グリコリシス経路では、グルコース6-リン酸塩の転換はフルクトース6-リン酸塩に-エネルギー生産のために必要とされるようにこれらの代謝物の相対的な集中によって制御されます。

研究室における実践的インプリケーション

化学者たちは、反応を補完するか、反応メカニズムを研究するために、反応を駆動するために、反応剤濃度を頻繁に操作します。例えば、エステル化反応(カルボキシル酸+アルコール酸エステル+水)で、酸またはアルコールのいずれかの過剰を加えると、右に平衡をシフトし、エステルの収量を増加させます。逆に、水を除去(Dean-Stark装置または乾燥剤を使用して)も、製品に向かって平衡をシフトします。これは、過剰な製品[FLT]として知られているが、エキストラリアは、通常である[F] - または、より大きな利点である場合、通常は、非常に多くなります。

コンセプトのまとめ

  • リアクタントを追加] は、製品に対する平衡をシフトし、製品濃度を増加させます。
  • 反応剤の除去]]は、反応剤(逆反応が好まれる)に対する平衡をシフトし、製品濃度を低下させ、残りの反応能力レベルを増加させます。
  • 平衡定数(K)で反応係数(Q)を比較することでシフトの方向が予測されます。
  • これらは、産業プロセス(葉プロセス、接触プロセス、オストワルドプロセス)、環境規制、生化学経路、および実験室合成に適用されます。
  • Le Châtelierの原則は定性ガイドであり、Q / Kの関係は新しい平衡位置を計算するための定量ツールを提供します。

平衡位置の反応濃度の変化のマスター化により、化学者たちが効率的な反応を設計し、収量を最適化し、自然および産業化学システムを理解します。さらに、探査のために、L Châtelierの原則に関する著名なリソース()]Encyclopædia Britannicaのエントリ()を参照してください。