化学ポテンシャルと平衡定数

小口 達夫

梶本 興亜

山崎 勝義

物理化学の教科書には,熱力学の応用として化学平衡が必ず解説されている。化学平衡論における重要なキーワードの1つは,(高校時代に“暗記"した)「ル・シャトリエの法則」である。同法則は,平衡状態にある系が温度や圧力の変化による影響を減じるように挙動することを述べたものであるが,外乱に対する系の適応という擬人的挙動が印象的であることも手伝って,化学系の大学院生でさえ理論的根拠を理解しないまま“ル・シャトリエで"平衡系の挙動を議論しているのを見かけることがある。しかし,ル・シャトリエの法則は前提でも約束ごとでもなく,熱力学により導かれた結論である。従って,ル・シャトリエの法則を“道具"として使えるだけでは平衡論を理解したとは言い難く,ル・シャトリエの法則がなぜ成り立つのかを理解しなければ,熱力学の真の理解には到達できない。

化学平衡の議論における主役は平衡定数であるが,平衡定数をきちんと理解するためには反応の進行にともなうGibbsエネルギー(変化)を理解する必要がある。ただし,化学反応系は複数物質の混合系であるからGibbsエネルギーはその部分モル量である化学ポテンシャルで記述しなければならない,と同時に,混合系を扱う以上避けられない混合エントロピーの概念も正確に理解する必要がある。部分モル量は,端的にいうと「物質1molあたりの物理量」であるが,この「1molあたり」に秘められた概念と物理的意味を理解できなければ,化学ポテンシャルを駆使することはできない。さらに,化学ポテンシャルを評価する際に必ず必要な事項が標準状態である。標準状態が変われば,Gibbsエネルギーが変わる(従って,化学ポテンシャルも変わる)のであるから,化学ポテンシャルを理解するには標準状態の意味を正しく理解する必要がある。本書は,反応の進み具合の尺度である反応進行度からスタートして,部分モル量→Gibbsエネルギー変化→化学ポテンシャル→混合エントロピー→標準Gibbsエネルギー→平衡定数という順にキーワードの解説を行い,最終的に,ル・シャトリエの法則の理論的根拠と標準状態の重要性を理解することを目的として書かれたmonographである。

部分モル量

化学ポテンシャル

混合エントロピー

平衡定数

化学平衡

相平衡

ル・シャトリエの法則

化学 [ 430 ]

日本語

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[作成日] 2023-12-24

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