化学平衡と化学ポテンシャル、活量、平衡定数

化学平衡と化学ポテンシャル、活量、平衡定数

 

このページでは、

 

・化学ポテンシャル
・活量
・化学平衡と化学ポテンシャル、平衡定数

 

について解説します。

 

化学ポテンシャル

電池の反応を理解する(化学反応を理解する)には、化学平衡について理解する必要があります。

 

そして、ある化学反応において化学的に平衡である時、反応ギブズエネルギーが0となります
(左辺と右辺の標準生成ギブズエネルギーがつりあう)

 

また、1mol辺りのギブズエネルギーのことを化学ポテンシャルと呼び、下記式で表します。

 

 
逆に化学ポテンシャルに係数をかけた両辺の収支をとったものを反応ギブズエネルギーと呼びます。

 

 

活量

ここで、活量という言葉について解説します。
 
ギブズエネルギーの解説で示した反応式
 
CO(g)+1/2(O2(g)→CO2(g)

 

において、COとO2のみが存在し各々1mol,1/2molが理想的に反応することは少なく、他に存在する物質を無視するという仮定の下で成り立っています。

 

そこで、実質的な濃度(実際の反応に関わる濃度)を表すために活量という値を使用しています。

 

具体的に実質的な濃度とは、下の通り成分iの粒子数の全体おける割合のことを指します。
粒子数が多いほど、物質の衝突回数が増え、反応が起こりやすくなります。

 

 

 

また、気体や溶液中の溶質など、すべての実験において一旦粒子数を測定することが難しいため、各活量は定義されています。

 

各活量の定義は以下の通りです。

 

 

 

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化学平衡と化学ポテンシャル、平衡定数

 
上述の内容を元に化学平衡とギブズエネルギー、化学ポテンシャルの関係を下に示します。
 
 

 

この関係式は、平衡定数を導く上で重要な式ですので理解しましょう。

 

そして、一番下の平衡時の化学ポテンシャルの式を変形し、平衡定数との関係を下記で導きます。

 

 

上記のように式変形や置き換えをすることで、可逆反応の平衡定数Kとギブズエネルギーの関係式が導出できました。

 

最後の導出した式のことを質量作用の法則と呼びます。

 

 

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