平衡定数
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平衡定数
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「平衡定数」も参照 化学平衡状態における、反応物のモル濃度積を分母とし、生成物モル濃度積を分子とした平衡状態での構成比を平衡定数（へいこうていすう、へいこうじょうすう、英: equilibrium constant）と呼ぶ。 質量作用の法則（化学平衡の法則）で説明できる系において、一般式 a 1 A 1 + a 2 A 2 + . . . + a n A n ⇌ b 1 B 1 + b 2 B 2 + . . . + b n B n {\displaystyle a_{1}\mathrm {A} ^{1}+a_{2}\mathrm {A} ^{2}+...+a_{n}\mathrm {A} ^{n}~\rightleftharpoons ~b_{1}\mathrm {B} ^{1}+b_{2}\mathrm {B} ^{2}+...+b_{n}\mathrm {B} ^{n}} で表される可逆反応について、正反応 " ⇀ {\displaystyle \rightharpoonup } " と逆反応 " ↽ {\displaystyle \leftharpoondown } " の反応速度はそれぞれ、 正反応： v 1 = k 1 [ A 1 ] a 1 [ A 2 ] a 2 . . . [ A n ] a n {\displaystyle \,v_{1}=k_{1}[\mathrm {A} ^{1}]^{a_{1}}[\mathrm {A} ^{2}]^{a_{2}}...[\mathrm {A} ^{n}]^{a_{n}}} 逆反応： v 2 = k 2 [ B 1 ] b 1 [ B 2 ] b 2 . . . [ B n ] b n {\displaystyle \,v_{2}=k_{2}[\mathrm {B} ^{1}]^{b_{1}}[\mathrm {B} ^{2}]^{b_{2}}...[\mathrm {B} ^{n}]^{b_{n}}} と近似される。ここで [ "物質名" ] はその物質のモル濃度であり、 k 1 {\displaystyle k_{1}} , k 2 {\displaystyle k_{2}} は反応速度定数と呼ばれる。化学平衡に達したときは両方の反応速度が等しくなっている ( v 1 = v 2 {\displaystyle v_{1}=v_{2}} ) ため、次式が成立する。 k 1 [ A 1 ] a 1 [ A 2 ] a 2 . . . [ A n ] a n = k 2 [ B 1 ] b 1 [ B 2 ] b 2 . . . [ B n ] b n . {\displaystyle k_{1}[\mathrm {A} ^{1}]^{a_{1}}[\mathrm {A} ^{2}]^{a_{2}}...[\mathrm {A} ^{n}]^{a_{n}}=k_{2}[\mathrm {B} ^{1}]^{b_{1}}[\mathrm {B} ^{2}]^{b_{2}}...[\mathrm {B} ^{n}]^{b_{n}}\,.} これを、各物質のモル濃度を左辺に、反応速度定数 k 1, k2 を右辺にまとめて整理すると、 [ B 1 ] b 1 [ B 2 ] b 2 . . . [ B n ] b n [ A 1 ] a 1 [ A 2 ] a 2 … [ A n ] a n = k 1 k 2 {\displaystyle {\frac {[\mathrm {B} ^{1}]^{b_{1}}[\mathrm {B} ^{2}]^{b_{2}}...[\mathrm {B} ^{n}]^{b_{n}}}{[\mathrm {A} ^{1}]^{a_{1}}[\mathrm {A} ^{2}]^{a_{2}}\dots [\mathrm {A} ^{n}]^{a_{n}}}}={\frac {k_{1}}{k_{2}}}} 定温下では k 1 {\displaystyle k_{1}} , k 2 {\displaystyle k_{2}} は一定であるから、 k 1 / k 2 {\displaystyle k_{1}/k_{2}} も一定となる。反応速度定数の比 K c = k 1 / k 2 {\displaystyle K_{c}=k_{1}/k_{2}} を平衡定数と呼ぶ。特に濃度比によって定義されるので、濃度平衡定数 (英: concentration equilibrium constant) という。 単に平衡定数 K {\displaystyle K} という場合、特に断りない限りは濃度平衡定数 K c {\displaystyle K_{c}} を指す。
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