概念と仕組み
ある閉鎖系において、前進反応と逆反応の速度が等しい場合、各物質の巨視的濃度は一定のレベルで維持されます。これを動的平衡と呼びます。
製品や反応物の添加、または反応物の変更を行うと、両方の反応速度のバランスが崩れます。 新しい条件に適した新しい平衡に近づくにつれて、濃度が再び変化します。
関係式と成立条件
この実験における A ⇌ B の 1 次反応モデルにおいて、平衡状態では、kf[A] = kr[B] であり、[B]/[A] = kf/kr です。 一般的な反応の場合、平衡の式は、係数と活動を利用して確立されます。
反応の温度によって平衡定数は変化します。初期濃度を変更すると、平衡組成は変化しますが、同じ温度で平衡定数を任意に変更することはできません。
仮想実験で読み取る変化
Aを入れると正反応がしばらく早くなり、Bが増えます。新しい平衡でも、2つの速度は同じで、濃度比はKに戻ります。
仮想A⇄B一次反応、一定体積・温度です。 A追加は体積変化のない瞬間濃度増加です。 RK4時間間隔は1/120秒です。 30秒は平衡に近い状態であり、有限時間の残差が残る。 Kはこのモデルの濃度比[B]/[A]であり、活動度・多重反応は省略します。
重要な関係式と記号
d[A]/dt = −kf[A]+kr[B] · K = kf/kr
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| kf, kr | 正反応・逆反応の速度定数 | s⁻¹（実験モデル） |
| K | 平衡定数 | 標準状態を基準 |
例で確かめる
動的平衡の正しい意味は？
kf[A]=kr[B]のとき濃度が一定になります。 [B]/[A]=kf/kr=Kであり、濃度自体が同じである必要はありません。
よくある誤解
- 平衡状態においては、反応物の濃度と生成物の濃度が必ずしも等しい必要はないが、両方向の反応速度は等しくなければならない。