平衡定数と速度定数(K = k正 / k逆・触媒が平衡を動かさない理由)

速さの式を 2 本書く

反応の速さは、ぶつかる相手がどれだけ濃くあるかで決まります。正反応なら水素とヨウ素の濃度の積、逆反応ならヨウ化水素の濃度の 2 乗です。

そこに掛かる定数を、速度定数といいます。図では k正 と k逆 と書きました。この 2 つは温度で決まる数で、反応が進んでも変わりません。進むにつれて動くのは、濃度のところだけです。

この 2 本の式は、反応速度の単元で習うものです。ここでは平衡の話に使います。

つりあいでは、2 本が等しい

つりあいとは、行きと戻りの速さがそろうことでした。図の 2 本の帯が同じ長さになったところです。

言葉で言えばそれだけのことですが、式で書くと 1 本の等号になります。k正 と左辺の濃度の積を掛けたものが、k逆 と右辺の濃度の積を掛けたものに等しい、という等号です。

ここから先は、この等号を整理するだけです。新しいことは何も足しません。

移項すると、平衡定数が出る

等号の両辺を k逆 で割り、さらに左辺の濃度の積で割ります。すると左側には k正 を k逆 で割ったものが、右側にはヨウ化水素の濃度の 2 乗を水素とヨウ素の濃度の積で割ったものが残ります。

右側は、平衡定数そのものです。つまり平衡定数とは、2 つの速度定数の比にほかなりません。

これで 2 つの単元がつながります。反応速度の単元で出てきた k と、平衡の単元で出てきた K は、別々のものではありません。K が温度でしか変わらないのも、k正 と k逆 が温度でしか変わらないからです。

触媒は、比を変えない

触媒を入れると、k正 も k逆 も同じ倍率で大きくなります。図では 2 本の帯がどちらも伸びます。

ところが比は変わりません。分子と分母に同じ数を掛けても、割り算の答えは動かないからです。だから平衡定数も動きません。

触媒が平衡を動かさない、という決まりごとは、覚えるものではありません。K が k正 と k逆 の比だと分かっていれば、触媒が何をしても比が変わらない以上K は動かないと、その場で言えます。

アンモニアの合成
シミュレーション止まっていないのに、変わらない狭めると、分子の数が減る側へ混ぜても、動くときと動かないときがある速さと平衡は、別のことを言っている分圧で作る平衡定数
二酸化窒素の二量化
シミュレーション温めると、熱を吸う側へ加えた変化を、和らげる向きへ何割が分かれているか
ヨウ化水素の生成
シミュレーションつりあうと、値が止まる始めの量を変えても、値は同じQ と K を比べれば、向きが分かる分子の数が変わらなければ、圧力は効かないつりあいの条件を、そのまま式にする
クロム酸と二クロム酸
シミュレーション加えると、反対側へ逃げる水は溶媒だから、式に出てこない