Chemical reaction whose products can react together to produce the reactants again
可逆反応とは、反応物から生成物への変換と生成物から反応物への変換が同時に起こる反応である。[1]
A と B が反応して C と D を形成するか、または逆反応として C と D が反応して A と B を形成することがあります。これは熱力学における可逆プロセスとは異なります。
弱酸と弱塩基は可逆反応を起こします。例えば、炭酸は：
- H 2 CO 3 (水溶液) + H 2 O(l) ⇌ HCO−3(水溶液) + H 3 O + (水溶液)
平衡混合物中の反応物と生成物の濃度は、試薬（AとBまたはCとD）の分析濃度と平衡定数Kによって決まります。平衡定数の大きさは、反応のギブスの自由エネルギー変化に依存します。 [2]したがって、自由エネルギー変化が大きい場合（約30 kJ·mol −1以上）、平衡定数は大きくなり（log K > 3）、平衡時の反応物の濃度は非常に低くなります。このような反応は、少量の反応物が反応系内に依然として存在すると予想されるにもかかわらず、不可逆反応と見なされることがあります。真に不可逆な化学反応は通常、生成物の1つが反応系から出ていくときに達成されます。たとえば、反応中の二酸化炭素（揮発性）がなくなる場合などです。
- CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ↑
歴史
可逆反応の概念は、 1803年にクロード・ルイ・ベルトレが塩湖[3] （エジプトのナトロン湖の一つ、石灰岩）の縁で炭酸ナトリウムの結晶が形成されるのを観察した後、導入されました。
- 2 NaCl + CaCO 3 → Na 2 CO 3 + CaCl 2
彼はこれがよくある反応の逆であると認識した
- Na 2 CO 3 + CaCl 2 → 2 NaCl + CaCO 3
それまで、化学反応は常に一方向に進行すると考えられていました。ベルトレは、湖の過剰な塩分が「逆」反応を促進し、炭酸ナトリウムの形成を促したと推論しました。 [4]
1864年、ピーター・ワーゲとカトー・マクシミリアン・グルドベリは、ベルトレの観察を定量化する質量作用の法則を定式化しました。1884年から1888年にかけて、ルシャトリエとブラウンはルシャトリエの原理を定式化しました。これは、同じ考え方を、濃度以外の要因が平衡の位置に与える影響に関するより一般的な記述へと拡張したものです。
反応速度論
可逆反応A⇌Bにおいて、前進反応A→Bは速度定数を持ち、後進反応B→Aは速度定数を持つ。Aの濃度は次の微分方程式に従う。
| 。 | | 1 |
いつでも生成物 B の濃度が、時間 0 での反応物の濃度から時間 での反応物の濃度を引いたものに等しいと考えると、次の式を立てることができます。
| 。 | | 2 |
1と2を組み合わせると、
- 。
変数の分離が可能であり、初期値を使用すると次のようになります。
そして代数計算をした後、最終的な運動学的表現に到達します。
- 。
無限時間における A と B の濃度は次のような挙動を示します。
したがって、式を線形化して以下を決定することができます。
個々の定数およびを求めるには、次の式が必要です。
参照
参考文献
- ^ 「可逆反応」. lumenlearning.com . 2021年1月8日閲覧。
- ^ 一定圧力で。
- ^ ナポレオン・ボナパルトはどのようにして可逆反応の発見に貢献したのでしょうか。化学1一般化学仮想教科書：化学平衡入門：双方向の反応。
- ^ Claude-Louis Berthollet、「Essai de statique chimique」、パリ、1803 年。 (Google ブックス)
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