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平衡定数(へいこうていすう、英: equilibrium constant[1])は、化学反応の平衡状態を、物質の存在比で表したもの[2]。
平衡定数は通例 K で表され、反応ギブズエネルギーΔGと以下の関係にある:
![{\displaystyle \Delta G=-RT\ln K\Leftrightarrow K=\exp \left(-{\frac {\Delta G}{RT}}\right).}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7984a98064a1e7a52c2da1a14c11b59516bfd1b0)
ここで、R は気体定数、T は熱力学温度である。平衡定数は量論数を冪とした生成物と反応物の活量の比である。
たとえば
![{\displaystyle \nu _{\mathrm {A} }\mathrm {A} +\nu _{\mathrm {B} }\mathrm {B} \rightleftharpoons \nu _{\mathrm {C} }\mathrm {C} +\nu _{\mathrm {D} }\mathrm {D} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dd5f70ad7940bdf0094d479aa7e16e0faa1ad8e9)
という反応では、
![{\displaystyle K={\frac {a_{\mathrm {C} }^{\nu _{\mathrm {C} }}a_{\mathrm {D} }^{\nu _{\mathrm {D} }}}{a_{\mathrm {A} }^{\nu _{\mathrm {A} }}a_{\mathrm {B} }^{\nu _{\mathrm {B} }}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5fb31892474f68c488ffeec28d73ce95031fb582)
である。ただしaは各物質の活量で、平衡定数は無次元量である。この定義式は、平衡状態における化学ポテンシャルのつりあいから導かれる[3]。
活量は、モル分率、フガシティーや分圧を基準圧力1 barで除したもの、あるいは濃度を基準濃度1 mol/Lで除したものなどで近似される。しかしながら、上記の物理量を無次元化せずに平衡定数を表すこともある。
分圧を用いた場合特に圧平衡定数 KP と呼ばれる[注 1]。上記の反応の場合、圧平衡定数は、
![{\displaystyle K_{\mathrm {P} }=\left({\frac {P_{\mathrm {C} }}{P^{\circ }}}\right)^{\nu _{\mathrm {C} }}\left({\frac {P_{\mathrm {D} }}{P^{\circ }}}\right)^{\nu _{\mathrm {D} }}\left({\frac {P_{\mathrm {A} }}{P^{\circ }}}\right)^{-\nu _{\mathrm {A} }}\left({\frac {P_{\mathrm {B} }}{P^{\circ }}}\right)^{-\nu _{\mathrm {B} }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a46b737966a8298da67f839719e5be667fe11f16)
となる。ただし P° は基準圧力(1 bar)である。
また、溶液中の化学においては、会合定数や結合定数とも同意義で利用されている。[5]
- ^ 圧平衡定数は主に気体反応で用いられ、溶液反応ではモル分率が用いられる[4]。
参考文献[編集]
関連項目[編集]