平衡定数

概要

「平衡定数」とは、平衡状態での濃度の比率を表した定数のこと。たとえば、可逆反応に対して平衡定数は、

のように定義され、平衡状態では温度が一定なら常に一定の値になります。一般に、可逆反応（は係数）に対して平衡定数は温度のみに依存する定数として、

で定義されます。単位はです。

もちろん非平衡状態で濃度の関係はいろいろな値になりますが、十分時間が経過すれば、同じ温度ならいつも同じ平衡定数に一致する濃度の関係になるように可逆反応が進みます。

詳細

平衡定数の成り立ち

たとえば可逆反応では反応速度式の考え方より、正反応と逆反応の速度、は以下の通り（、は反応速度定数）。

そして平衡状態とは、正反応と逆反応のスピードがつりあうことで見かけ上変化がない状態のことでした。つまり平衡状態ではとなるので(*注1)、

最後に、定数をまとめて平衡定数とおくと、平衡定数の定義式が求まります。

反応速度定数、は温度に依存する定数だったので、平衡定数も温度に依存します(*注2)。

補足

• (*注1)反応速度式の反応次数は実験によって決まる値でしたが、平衡定数内の指数の値は化学反応式の係数と一致します。これは単に暗記でOKですが、気になる人向けに超ざっくり理由を紹介します。 反応速度式の辞書で説明した通り、そもそも普通に考えたら反応次数は係数に一致しそうですが、実際の反応は素反応の組み合わせで起こることがあるので係数と一致しないことがあるのでした。そしてそんな素反応の組み合わせからなる可逆反応が平衡になるのは、すべての素反応で平衡が成り立つときです。つまり「すべての素反応で正反応と逆反応のスピードがつりあう」という式を立てて、うまく式変形をして定数だけをまとめると、結局指数が係数と一致してきます。
• (*注2)反応速度定数は、温度と活性化エネルギーに依存する定数でしたが、平衡定数は温度のみに依存します。まずざっくり説明するなら、たとえば触媒を入れて活性化エネルギーが下がれば正反応も逆反応もスピードUPするので結局平衡状態は同じになる、というイメージです。 数式で確認するにはアレニウスの式が必要です。詳しくはアレニウスの式の辞書で説明しておきます。