平衡定数のソースを表示

{{出典の明記|date=2012年3月27日 (火) 02:33 (UTC)}}
'''平衡定数'''（へいこうていすう、{{Lang-en-short|equilibrium constant}}<ref>[[#sciterm|『学術用語集 物理学編』]]</ref>）は、[[化学反応]]の[[化学平衡|平衡]]状態を、[[物質]]の存在比で表したもの<ref>[[#IUPAC|IUPAC ''Goldbook'']]</ref>。量記号には通常 {{mvar|K}} が用いられる。

== 定義 ==
=== 標準平衡定数 ===
[[化学量論|化学量論数]] {{mvar|&nu;{{sub|i}}}} で表される[[化学反応]]において、標準平衡定数は
{{Indent|
<math>K^\circ =\exp\left[ -\sum_i \frac{\nu_i\, \mu_i^\circ(T)}{RT} \right]</math>
}}
で定義される。ここで {{math|''&mu;{{sub|i}}''&deg;}} は[[化学ポテンシャル|標準化学ポテンシャル]]である。
[[活量|標準絶対活量]] <math>\lambda_i^\circ =e^{\mu_i^\circ/RT}</math> を用いれば
{{Indent|
<math>K^\circ =\prod \left[ \lambda_i^\circ(T) \right]^{-\nu_i}</math>
}}
となる{{sfn|JIS Z 8000-9|2022}}。

たとえば
{{Indent|
<math>\nu_\text{A} \text{A} + \nu_\text{B} \text{B} \rightleftharpoons  \nu_\text{C} \text{C} + \nu_\text{D} \text{D}</math>
}}
で表される化学反応では
{{Indent|
<math>K^\circ = \frac{ (\lambda_\text{A}^\circ)^{\nu_\text{A}} (\lambda_\text{B}^\circ)^{\nu_\text{B}}
 }{ (\lambda_\text{C}^\circ)^{\nu_\text{C}} (\lambda_\text{D}^\circ)^{\nu_\text{D}} }</math>
}}
となる。

=== 圧平衡定数 ===
化学量論数 {{mvar|&nu;{{sub|i}}}} で表される[[理想気体]]の化学反応において、[[圧力]] {{mvar|p}}、[[モル分率]] {{mvar|x{{sub|i}}}} での圧平衡定数は
{{Indent|
<math>K_p =\prod \left[ \frac{x_i p}{p^\circ} \right]^{\nu_i}</math>
}}
で定義される。ここで {{math|''p''&deg;}} は[[標準状態|標準状態圧力]]である。標準状態圧力は通常 {{math|1=''p''&deg; = 1 bar}} もしくは {{math|1=''p''&deg; = 1 atm}} に選ばれる。
先述の化学反応の場合の圧平衡定数は
{{Indent|
<math>K_p = \left( \frac{x_\text{C} p}{p^\circ} \right)^{\nu_\text{C}} \left( \frac{x_\text{D} p}{p^\circ} \right)^{\nu_\text{D}}
 \bigg/ \left( \frac{x_\text{A} p}{p^\circ} \right)^{\nu_\text{A}} \left( \frac{x_\text{B} p}{p^\circ}\right)^{\nu_\text{B}} </math>
}}
となる。

[[実在気体]]の場合は[[分圧]]を[[フガシティー]]で置き換えて
{{Indent|
<math>K_p =\prod \left[ \frac{f_i(x;T,p)}{p^\circ} \right]^{\nu_i}</math>
}}
となる。

=== 濃度平衡定数 ===
化学量論数 {{mvar|&nu;{{sub|i}}}} で表される[[理想溶液]]の[[溶質]]の化学反応において、[[モル濃度]] {{mvar|c{{sub|i}}}} での濃度平衡定数は
{{Indent|
<math>K_c =\prod \left[ \frac{c_i}{c^\circ} \right]^{\nu_i}</math>
}}
で定義される。ここで {{math|''c''&deg;}} は標準モル濃度である。標準モル濃度は通常 {{math|1=''c''&deg; = 1 mol/L}} に選ばれる。
先述の化学反応の場合の圧平衡定数は
{{Indent|
<math>K_c = \left( \frac{c_\text{C}}{c^\circ} \right)^{\nu_\text{C}} \left( \frac{c_\text{D}}{c^\circ} \right)^{\nu_\text{D}}
 \bigg/ \left( \frac{c_\text{A}}{c^\circ} \right)^{\nu_\text{A}} \left( \frac{c_\text{B}}{c^\circ}\right)^{\nu_\text{B}} </math>
}}
となる。

実在溶液の場合は濃度を[[活量|相対活量]]で置き換えて
{{Indent|
<math>K_c =\prod \left[ a_{c,i}(c;T,p) \right]^{\nu_i}</math>
}}
となる。

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。<ref name="#1">{{Cite web|和書|title=平衡定数・会合定数・解離定数・結合定数について分かりやすく解説|url=https://chemblogno1.blogspot.com/2019/10/blog-post.html|accessdate=2019-10-04}}</ref>

=== 定義に関する注意 ===
圧平衡定数や濃度平衡定数では、しばしば標準状態圧力 {{math|''p''&deg;}} や標準モル濃度 {{math|''c''&deg;}} を落として書かれることがある。
これを平衡定数が無次元化せずに定義されているかのような誤解があるが実際には間違いである。
仮に圧平衡定数や濃度平衡定数が無次元化されていないとすれば、無次元量である標準平衡定数との比較ができず、化学平衡を記述することはできない。
標準モル濃度を {{math|1=''c''&deg; = 1 mol/L}} に選ぶ場合、各々の成分の {{math|''c{{sub|i}}'' /''c''&deg;}} とは、モル濃度を[[計量単位|単位]] mol/L で表した[[数値]]（{{en|numerical value}}）に他ならない。すなわち標準状態圧力や標準モル濃度を落とした表記は、量記号を援用して数値を表した数値方程式であると理解すべきである。

== 化学平衡 ==
標準反応ギブズエネルギー
{{Indent|
<math>\Delta_\text{r}G^\circ =\sum_i \nu_i \mu_i^\circ</math>
}}
を用いれば、標準平衡定数は
{{Indent|
<math>K^\circ =\exp\left[ -\frac{\Delta_\text{r}G^\circ}{RT} \right]</math>
}}
である。

気体の化学反応が平衡にある時
{{Indent|
<math>K^\circ =K_p</math>
}}
が成り立つ。また、溶液の化学反応が平衡にある時
{{Indent|
<math>K^\circ =K_c</math>
}}
が成り立つ。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
<!--
=== 注釈 ===
{{Reflist|group="注"}}
-->
=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書
 |author= [[文部省]]
 |coauthors=[[日本物理学会]]編
 |title= [[学術用語集]] 物理学編
 |year= 1990
 |publisher= [[培風館]]
 |isbn= 4-563-02195-4
 |ref= sciterm
 |url= http://sciterm.nii.ac.jp/cgi-bin/reference.cgi}}{{リンク切れ |date= 2017年10月 |bot= InternetArchiveBot}}
* {{Cite book|和書 
 |author= 林茂雄 
 |title= 移動現象論入門 
 |publisher= 東洋書店 
 |year= 2007 
 |isbn= 978-4-88595-691-1 
 |ref= Hayashi
}}
* {{Cite book|和書
 |author= P. A. Atkins、J. de Paula
 |translator= 千原秀昭、中村亘男
 |title= 物理化学 |volume= 上巻
 |edition= 第8版
 |year= 2009
 |publisher= 東京化学同人
 |isbn= 978-4-8079-0695-6
 |ref= atkins
}}
* 平衡定数・会合定数・解離定数・結合定数について

== 関連項目 ==
<!-- {{Commonscat|Equilibrium constant}} -->
* [[化学ポテンシャル]]
* [[分圧]] - [[フガシティー]]
* [[濃度]] - [[活量]]
* [[結合定数]]（または会合定数、{{en|association constant}}, ''K''<sub>a</sub>）
* [[解離定数]]（{{en|dissociation constant}}, ''K''<sub>d</sub>）
* [[ルシャトリエの原理]]

== 外部リンク ==
*{{Cite web
 |url= http://goldbook.iupac.org/E02177.html
 |title= equilibrium constant
 |work= Gold Book<!-- 作品名 -->
 |publisher= [[IUPAC]]
 |language= 英語
 |accessdate= 2012-03-25
 |ref=IUPAC
}}
* {{Cite jis|Z|8000-9|2022
 |name= 量及び単位 - 第9部: 物理化学及び分子物理学
}}

{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:へいこうていすう}}
[[Category:平衡化学]]
[[Category:無次元数]]