平衡(へいこう)定数(ていすう)と化学(かがく)平衡(へいこう)の法則(ほうそく)

可逆(かぎゃく)反応(はんのう)（新しいタブで開きます）aA＋bB⇄cC＋dDが平衡状態(へいこうじょうたい)にあるとき、各(かく)物質(ぶっしつ)の平衡時(へいこうじ)の濃度(のうど)を使(つか)って次(つぎ)の式(しき)で表(あらわ)される値(あたい)（これをKとする）は、温度(おんど)が一定(いってい)ならどんな初期(しょき)条件(じょうけん)から出発(しゅっぱつ)しても同(おな)じ値(あたい)になる。$K=\dfrac{[C]^{c}[D]^{d}}{[A]^{a}[B]^{b}}$という形(かたち)で、生成物(せいせいぶつ)の濃度(のうど)の積(せき)（係数(けいすう)を指数(しすう)にしたもの）を反応物(はんのうぶつ)の濃度(のうど)の積(せき)で割(わ)った値(あたい)がKだ。このKを平衡(へいこう)定数(ていすう)、この関係(かんけい)を化学(かがく)平衡(へいこう)の法則(ほうそく)（質量(しつりょう)作用(さよう)の法則(ほうそく)）という。

H₂＋I₂⇄2HIでは、$K=\dfrac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}$になる。分子(ぶんし)（新しいタブで開きます）にはHIの濃度(のうど)を係数(けいすう)2を指数(しすう)にして入(い)れ、分母(ぶんぼ)にはH₂とI₂の濃度(のうど)をそのままかけ合(あ)わせる。気体(きたい)の反応(はんのう)では、濃度(のうど)のかわりに分圧(ぶんあつ)（新しいタブで開きます）を使(つか)った圧平衡定数(あつへいこうていすう)Kpが使(つか)われることもある。

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例(れい)1：体積(たいせき)1.0Lの容器(ようき)にH₂とI₂を1.0molずつ入(い)れて平衡(へいこう)に達(たっ)したところ、HIが1.6mol生成(せいせい)していた。このときH₂とI₂は1.0－0.8＝0.2molずつ残(のこ)っている（反応(はんのう)した量(りょう)はHIが2増(ふ)えるごとにH₂・I₂が1ずつ減(へ)る関係(かんけい)から、1.6molのHIができるのにH₂とI₂は0.8molずつ使(つか)われた）。平衡(へいこう)定数(ていすう)は$K=\dfrac{(1.6)^2}{0.2\times0.2}=\dfrac{2.56}{0.04}=$64になる。

例(れい)2：同(おな)じ温度(おんど)（$K=64$のまま）で、体積(たいせき)1.0Lの容器(ようき)にH₂とI₂を2.0molずつ入(い)れたらどうなるか。反応(はんのう)した物質(ぶっしつ)量(りょう)をx molとすると、平衡時(へいこうじ)は$[H_2]=[I_2]=2.0-x$、$[HI]=2x$となり、$K=\dfrac{(2x)^2}{(2.0-x)^2}=64$が成(な)り立(た)つ。両辺(りょうへん)の平方根(へいほうこん)をとると$\dfrac{2x}{2.0-x}=8$（反応(はんのう)は正方向(せいほうこう)に進(すす)むので正(せい)の根(こん)を取(と)る）、これを解(と)いて$2x=8(2.0-x)=16-8x$より$10x=16$、$x=$1.6mol。平衡時(へいこうじ)はH₂＝I₂＝0.4mol、HI＝3.2molになる。

確(たし)かめると、$K=\dfrac{(3.2)^2}{0.4\times0.4}=\dfrac{10.24}{0.16}=64$で一致(いっち)する。最初(さいしょ)に入(い)れた量(りょう)が2倍(ばい)になっても、H₂とI₂を同(おな)じ物質(ぶっしつ)量(りょう)ずつ入(い)れた場合(ばあい)は反応(はんのう)する割合(わりあい)（80％）は変(か)わらない。これはKが濃度(のうど)の比(ひ)だけで決(き)まり、この反応(はんのう)では反応(はんのう)式(しき)の両辺(りょうへん)とも気体(きたい)分子(ぶんし)2個(こ)で、気体(きたい)分子数(ぶんしすう)の変化(へんか)がない反応(はんのう)だから、容器(ようき)の体積(たいせき)（全体(ぜんたい)の濃度(のうど)）が変(か)わっても比(ひ)が保(たも)たれるからだ。

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化学(かがく)平衡(へいこう)では、正反応(せいはんのう)の速(はや)さと逆(ぎゃく)反応(はんのう)の速(はや)さがつり合(あ)ったところで物質(ぶっしつ)量(りょう)が変化(へんか)しなくなる。この「つり合(あ)う濃度(のうど)の組(く)み合(あ)わせ」は出発(しゅっぱつ)点(てん)（最初(さいしょ)に何(なに)をどれだけ入(い)れたか）によって違(ちが)っても、濃度(のうど)どうしの比(ひ)の形(かたち)で表(あらわ)すと、同(おな)じ温度(おんど)では必(かなら)ずKと同(おな)じ値(あたい)に落(お)ち着(つ)く。これは実験(じっけん)的(てき)にわかっている事実(じじつ)だ。

例(れい)2で確(たし)かめたように、出発時(しゅっぱつじ)の物質(ぶっしつ)量(りょう)を変(か)えても、平衡時(へいこうじ)の濃度(のうど)を使(つか)ってKを計算(けいさん)すると同(おな)じ値(あたい)（64）が得(え)られる。これが化学(かがく)平衡(へいこう)の法則(ほうそく)で、Kがわかっていれば、逆(ぎゃく)に未知(みち)の平衡時(へいこうじ)の物質(ぶっしつ)量(りょう)を方程式(ほうていしき)として求(もと)められる。