平衡定数 平衡定数の概要

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平衡定数

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/11/12 01:46 UTC 版)

定義

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：

$\Delta G=-RT\ln K\Leftrightarrow K=\exp \left(-{\frac {\Delta G}{RT}}\right).$

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

$\nu _{\mathrm {A} }\mathrm {A} +\nu _{\mathrm {B} }\mathrm {B} \rightleftharpoons \nu _{\mathrm {C} }\mathrm {C} +\nu _{\mathrm {D} }\mathrm {D}$

という反応では、

$K={\frac {a_{\mathrm {C} }^{\nu _{\mathrm {C} }}a_{\mathrm {D} }^{\nu _{\mathrm {D} }}}{a_{\mathrm {A} }^{\nu _{\mathrm {A} }}a_{\mathrm {B} }^{\nu _{\mathrm {B} }}}}$

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。

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 K_P と呼ばれる。上記の反応の場合、圧平衡定数は、

$K_{\mathrm {P} }=\left({\frac {P_{\mathrm {C} }}{P^{\circ }}}\right)^{\nu _{\mathrm {C} }}\left({\frac {P_{\mathrm {D} }}{P^{\circ }}}\right)^{\nu _{\mathrm {D} }}\left({\frac {P_{\mathrm {A} }}{P^{\circ }}}\right)^{-\nu _{\mathrm {A} }}\left({\frac {P_{\mathrm {B} }}{P^{\circ }}}\right)^{-\nu _{\mathrm {B} }}$

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。