ルシャトリエの法則(原理)とは?

ルシャトリエの法則・原理とは?

 

科学的な現象を理解するためには、科学に関する基礎知識を身につけておくことがとても重要です。

 

例えば、ある物質の「原子量・分子量・式量」や化学平衡などさまざま用語を理解しておくといいです。

 

中でも化学平衡に関する重要な法則として、「ルシャトリエの法則」とよばれるものがあります。

 

ここでは、ルシャトリエの法則(原理)に関する内容について解説していきます。

 

・ルシャトリエの原理・ルシャトリエの法則

 

・温度を変化させた場合のルシャトリエの法則

 

・圧力を変化させた場合のルシャトリエの法則

 

・触媒を添加した場合

 

・反応に関与する物質を添加・除去したとき

 

反応に関与しない物質を添加したとき

 

というテーマで解説していきます。

 

 

ルシャトリエの原理・ルシャトリエの法則

 

ルシャトリエの法則とは、ある化学反応において平衡状態となっているとき、外部環境などの条件を変えると、その変化を抑制する方向に平衡が移動する現象のことを指します。別名平衡移動の法則とも呼ばれています。

 

具体的な化学反応をみて、ルシャトリエの原理について理解を深めるといいです。

 

高校化学でよくでるルシャトリエの問題としては、ハーバーボッシュ法(アンモニアの直接的な製造法)としても有名なN2+3H2→2NH3 + 92kJ 反応があります。

 

 

 

そして、変化させる外部条件や方法には「温度」「圧力」「触媒の添加」「反応関与物質の添加・除去」「反応に関与しない物質の添加」に分けることができます。

 

高校化学の分野での出題はほぼほぼこれらの中からの出題のみです。

 

 

 

以下でひとつずつ確認していきます。

 

関連記事

 

触媒の仕組みと反応
アンモニアの分子式・電子式・構造式・反応式
分子量の求め方 各分子の計算方法

 

温度を変化させた場合のルシャトリエの法則

 

温度を上げたり、下げたりしたときに着目する項目としては、反応における反応熱(専門用語では反応エンタルピーの逆符号がついたもの)です。特に符号をチェックしておきましょう。

 

 

例えば、温度を上げたとします。すると、上の例で左から右へ移るのが発熱反応であるため、逆方向に平衡が移動します

 

つまり、左に平衡が移動するといえます。

 

逆に温度を下げたとします。すると、熱を上げる側に平衡が移るために、平衡は右に移動するといえます。

 

関連記事

 

エンタルピーとは(高校化学の範囲外)

 

 

圧力を変化させた場合のルシャトリエの法則

 

次に圧力条件を変更するときを考えてみましょう。圧力の変化を考える際に着目する項目としては、左辺と右辺の各々の物質量(モル数)です。

 

 

 

具体的に上式では、左辺がアンモニアの1分子と水素の3分子で計4分子分存在すると考えます。

 

一方で、右辺では、アンモニアの2分子のみとなります。

 

よって、左辺の方が物質がたくさんあるため、圧力が高いイメージをするといいです。(気体分子運動を考えるとわかりやすいです)

 

このとき、圧力を上げたとします。すると、上の例では圧力を下げる方向、つまり、分子数が低下する方向に平衡が移動するため、右に平衡が移動します

 

逆に、圧力を低下させたとすると、分子数が多くなる方向に平衡が移動します。上の例では、左に平衡が移動するのです。

 

一つ一つ丁寧に現象を考えることが、ルシャトリエの式を攻略するポイントといえます。

 

関連記事

 

気体分子運動論とは?

 

触媒を添加した場合

 

実は触媒を添加して変化するのは活性化エネルギーのみであり、平衡状態に影響は与えません。
反応の速度のみが上昇するのです。

 

触媒と化学反応の関係は以下のようなイメージです。

 


反応熱も変化していないことに気を付けましょう。

 

関連記事
 

触媒と化学反応の仕組み

 

反応に関与する物質を添加・除去したとき

 

それでは、反応に関与する物質を添加するとどのように化学平衡は移動するのでしょうか。

 

例えば、水素を添加したときを考えましょう。すると、水素の増加を減らす方向に平衡が移動します。つまり、右側に平衡が移動するのです

 

逆に、右辺に存在するアンモニア分子を加えたとすると、今度はアンモニアを減らす方向に平衡が移動します。つまり左へ平衡が移動すrうのです。

 

逆に反応に関わる物質を除去するケースを考えましょう。たとえば、水素を取り除いたとすると、今度は水素が増える方向に平衡が移動するのです。

 

結果として平衡は左に移ります。

 

関連記事

 

触媒の仕組みと反応
アンモニアの分子式・電子式・構造式・反応式
分子量の求め方 各分子の計算方法

 

 

反応に関与しない物質を添加したとき

 

最後に反応に関与しない物質を系に加えたとしましょう。このときはどのような考え方をするといいのでしょうか。

 

実は、圧力一定のときと体積一定のときで区別して考える必要があります。

 

 

圧力一定の問題

 

まずは、圧力一定で不活性物質(アルゴンや窒素など)を添加したとします。

 

すると体積は変化していき、不活性ガスの割合が増え、反応関与物質の割合(分圧)が減ります。

 

そのため、反応関与物質の物質量の割合を増やす方向である、左側に平衡が移動します。基本的に上で述べた圧力の問題と同様に考えればいいことがわかります。

 

体積一定の問題

 

同様に体積一定では、分圧が変化しないため、何も起こりません。

 

何が起こるかをきちんと考え、ルシャトリエの法則をマスターしていきましょう。

 

関連記事

 

触媒の仕組みと反応
アンモニアの分子式・電子式・構造式・反応式
分子量の求め方 各分子の計算方法
不活性と活性の違いは?
窒素の分子式・電子式・構造式・反応式

 

 

ルシャトリエの法則(原理)とは? 関連ページ

イオンとはそもそも何のこと?その1 イオン発見の歴史と原子の構造と原子番号、質量数
酸化とは?還元とは?酸化還元の定義その1、その2
酸化還元の定義その3とまとめ
電池とは?ボルタ電池の構成と反応
ダニエル電池の構成・仕組み・反応式は?正極・負極の反応は?素焼き板の役割は?
イオン化傾向とは?
【手計算・Excel】pHとは?計算方法は?
同位体の存在比とは?計算問題を解いてみよう【演習問題】
分子量の求め方 アンモニア・メタン・尿素などの分子量を計算してみよう【演習問題】
原子量・分子量・式量の違いは?
アレニウス・ブレンステッド・ルイスの酸・塩基の定義と違いは?
電池の電極の質量変化を計算してみよう【ダニエル電池の質量変化】
絶対質量と相対質量 相対質量の計算方法(絶対質量との変換)
電気分解とは?塩化銅水溶液(CuCl2)における電気分解の反応式 陽極・陰極での反応式 陽極、陰極、正極、負極の違いと覚え方(見分け方)
水の電気分解の仕組み・反応式 陽極・陰極での反応式 水酸化ナトリウムを入れる理由は?
ヘスの法則と熱化学方程式の関係 計算問題を解き、反応熱を求めてみよう【演習問題】
ボルンハーバーサイクルとは?イオン結晶の格子エネルギー(格子エンタルピー)を計算してみよう
同位体と同素体の違いは?
物質量とモル質量の違いは?計算問題を解いてみよう【演習問題】
乾燥剤と気体の酸性・塩基性・中性とは?
気体の酸性度 酸性気体、中性気体、塩基性(アルカリ性)気体
潮解性・吸湿性・脱水性の違いは?
生石灰と消石灰とは?分子式(化学式)や用途の違い 生石灰と水との反応式は?
ソーダ石灰の性質や塩基性(アルカリ性)の乾燥剤としての役割(アンモニアや二酸化炭素は吸収できる?)
単体、化合物、純物質、混合物の定義や違い

HOME プロフィール お問い合わせ