水素とヨウ素を入れて、ヨウ化水素ができるのを待ちます。しばらくすると 2 本の帯の長さがそろい、グラフの線が平らになります。
ここで、そのときの濃度を測ります。大事なのは、つりあってから測るということです。途中の濃度では、これから話す値は決まりません。
右辺の濃度を左辺の濃度で割ります。ただの割り算ではなく、決まった形があります。ヨウ化水素の濃度の 2 乗を、水素の濃度とヨウ素の濃度の積で割るのです。
図の右下に、その値を出しました。反応が進んでいるあいだ、値は動き続けます。右辺が増えるにつれて大きくなっていきます。
そして、つりあったところでぴたりと止まります。いま止まった値が、この温度での平衡定数です。K と書きます。
始めに入れる量を変えても、この値は同じところで止まります。入れた量は、つりあったときの濃度そのものは変えますが、この分数の値は変えません。そこが、この値を定数と呼ぶ理由です。
なぜヨウ化水素だけ 2 乗なのか。反応式の係数が 2 だからです。
反応が 1 回起きるとき、水素が 1 個、ヨウ素が 1 個消えて、ヨウ化水素が 2 個できます。図に並べた粒がその 1 回ぶんです。2 個そろって初めて 1 回ぶんなので、逆向きの反応が起きる確からしさは、ヨウ化水素の濃度を 2 回掛けたものに比例します。
ですから係数がそのまま指数になります。aA + bB ⇌ cC + dD なら、K は C の c 乗と D の d 乗の積を、A の a 乗と B の b 乗の積で割ったものです。右辺が分子、左辺が分母です。
K が大きいというのは、分子である右辺の濃度が大きいということです。つまり、つりあったときに右辺へ寄っているということになります。
図では、K が 4 のときと 12 のときを並べました。同じ量から始めても、K が大きいほうがヨウ化水素は多く、水素とヨウ素は少なくなります。
そして、この値そのものを変えられるのは温度だけです。濃度を変えても、容器を狭めても、触媒を入れても、つりあったあとに分数を作り直せば同じ値に戻ります。K が温度の関数だ、というのはそういう意味です。