ルシャトリエの原理
平衡状態にある系に外部から濃度・圧力・温度の変化が加わると、その変化を打ち消す方向に平衡が移動します。これがルシャトリエの原理(平衡移動の原理)です。
基本知識
影響因子と平衡移動:
① 濃度: 反応物を増やすと正方向、生成物を増やすと逆方向に移動
② 圧力: 圧力を上げると気体分子数が減る方向に移動(液固体や両辺分子数同数では無効)
③ 温度: 温度を上げると吸熱方向に移動
④ 触媒: 平衡位置は変えない(到達時間のみ短縮)
⑤ 不活性ガス追加: 体積一定なら無効、定圧で体積膨張なら分子数が多い方向へ移動
📘 重要原理
ルシャトリエの原理（変化を緩和する方向に平衡が移動）
濃度変化（増加成分を減らす方向）
圧力変化（モル数の少ない方向に移動）
温度変化（吸熱方向に移動して緩和）
ハーバー法（高圧・低温有利だが、速度のため触媒で妥協）
接触法（V2O5でSO2→SO3。発熱で低温有利だが速度確保のため約450℃）
ルシャトリエの原理（変化を緩和する方向に平衡が移動）
濃度変化（増加成分を減らす方向）
圧力変化（モル数の少ない方向に移動）
温度変化（吸熱方向に移動して緩和）
ハーバー法（高圧・低温有利だが、速度のため触媒で妥協）
接触法（V2O5でSO2→SO3。発熱で低温有利だが速度確保のため約450℃）
深掘り (原理・応用)
ハーバー・ボッシュ法(N2+3H2⇌2NH3, ΔH<0)は、平衡論的には低温・高圧が有利ですが、低温では速度が遅すぎるため500℃前後・約200気圧+Fe触媒で妥協しています。
接触法もSO2+½O2⇌SO3(ΔH<0)で、平衡は低温有利、速度は高温有利という競合があり、約450℃のV2O5触媒系で実用化されています。「平衡と速度の二律背反」が工業化学のキーポイントです。
💡 ポイント
- 原理: 変化を緩和する方向
- 濃度↑ ⇒ 消費方向
- 圧力↑ ⇒ 分子数少ない方向
- 温度↑ ⇒ 吸熱方向
- 触媒は無効(平衡位置)
- ハーバー法=高圧・中温
- 接触法=中温・触媒
注意点 (混同しやすい・頻出ミス)
① 圧力変化は気相のモル数差を見る。両辺同数なら無効。② 温度変化はK そのものを変えるが、濃度・圧力変化はKを変えない(濃度比を変えるだけ)。③ 不活性ガス追加: 体積一定なら無効。④ 触媒は速度を変えるが平衡位置は変えない。
練習
- N2+3H2⇌2NH3(ΔH<0)の平衡で、(a)圧力↑、(b)温度↑、(c)Fe触媒添加、それぞれで平衡はどう移動するか。
- 圧力変化が平衡に影響しない反応の例を1つ挙げよ。
- ハーバー法で500℃という温度が選ばれている理由を平衡と速度の両面から説明せよ。