- ベストアンサー
質量作用の法則とは？
htms42の回答
- htms42
- ベストアンサー率47% (1120/2361)
＃２、＃４です。 「ｌｏｇっている」という判断を踏まえた回答が＃８に出ました。 反応速度を用いた議論がエスカレートして来ていましたので、やはりある程度の事を書く必要があるかなという気持ちになっていました。 エントロピーや自由エネルギーは確かに分かりにくいです。 でもこれだけ方向違いの議論が出回るようであれば、部分的にでも、省略した形であっても、持ち込むことを考えた方がいいのではと思うようになりました。 「自由エネルギー」という名前自体が分かりにくいです。 ある種のエネルギーに付けた名前です。平衡状態判定関数Ｇで構いません。（仕事をどれだけ取り出せるかに由来するような名前を使っているので訳が分からなくなるのです。） 関数Ｇは物質ごとに決まっています。濃度や温度によっても変化します。 Ａ＋２Ｂ → ３Ｃ という変化が起こるとしたら 左辺のＡ＋２Ｂに相等する関数Ｇの値よりも右辺の３Ｃに相当する関数Ｇの値の方が小さくなっているだろう、 もし逆に Ａ＋２Ｂ ← ３Ｃという変化が起こるとしたら 左辺のＡ＋２Ｂに相当する関数Ｇの値の方が右辺の３Ｃに相当する関数Ｇの値よりもちいさくなっているだろう と考えます。 左辺の関数ＧLは成分のＡ，Ｂについての１モル当たりの関数ＧA、ＧBを用いてＧA＋２ＧBと表すことができます。右辺の関数ＧRは３Ｇcです。 ＧL＞ＧRであれば、すなわち ＧA＋２ＧB＞３Ｇc であれば Ａ＋２Ｂ→３Ｃ の変化が起こります。 ＧL＜ＧRであれば、すなわち ＧA＋２ＧB＜３Ｇc であれば ３Ｃ→Ａ＋２Ｂ の変化が起こります。 これを踏まえると「平衡状態ではＧL＝ＧRだろう」という判断が出てくるのです。 ＧL、ＧRは別個に決まる量です。ＧA、ＧBを個別に求めて加えているのですから反応も前提にはなっていません。 反応機構も時間の要素も一切含まれていません。 反応の次数も反応中間体も関係がありません。 ここまではＧの関数形には一切関係がありません。 Ｇの中の濃度に関係する部分がｌｏｇになっているということから係数がベキに変わるというのはその次の話です。 よく使われる「平衡状態では自由エネルギーが最小」という表現にも関係がありません。 どちらの状態でのエネルギーが小さいかということで変化の向きを判定しようとしているのですから 「平衡状態と非平衡状態を比較してエネルギーの大小は？」なんてことはやっていないのです。 平衡状態での熱力学の範囲です。 （この表現は「平衡状態ではエントロピーが最大」の裏返しのものです。この表現が可能であるためには平衡状態のエントロピーと非平衡状態でのエントロピーの両方が決まっていなければいけません。平衡状態での熱力学である限り、非平衡状態でのエントロピーは定義されていないのですから比較のしようがありません。上の表現は「誤り」だと言ってもいいでしょう。） 力学で出てくる「右回りのモーメントと左回りのモーメントが等しいと釣り合う」というのと同じ発想です。 右回りのモーメントと左回りのモーメントは個別に求めています。 釣り合っていない時にどういう運動が起こるかを具体的に解こうとはしていません。 （解こうとすれば慣性モーメントを含んだ運動方程式を立てる必要があります。これは静力学の範囲では出てきません。） ＧL＞ＧR の時に「右向けの反応が確かに起こる」とは言えません。可能性について言っているだけです。 実際にどういう変化が起こるのかはエネルギーの比較だけからは分からないのです。反応機構が効いてくるのはこの部分です。どういう中間状態があるのかが効いてくるのもこの部分です。
関連するQ&A
- 「質量作用の法則」という名前の由来
化学平衡の所で出てくる 「質量作用の法則」という名前の由来は何なのでしょうか？「化学平衡の法則」はそのものズバリで納得できますが、『質量作用』というのはどんな意味をもっているのでしょうか？
- ベストアンサー
- 化学
- 質量作用の法則について
質量作用の法則(mass action law)についての質問です この法則は、化学における反応速度論においては 『化学平衡式とその基となる反応速度式が物質量のみで決定する』 ということを、半導体工学においては 『半導体物質中において正孔濃度と電子濃度の積が一定の値となる』 ということを示しています。 この二つを同一のもの（同一の法則に由来するもの）とみなすことは可能でしょうか？ そうであるならば、この二つにどのような関係性があるのかご教授ください。
- ベストアンサー
- 物理学
- ニュートン力学 仮定？法則？
高校で物理を勉強し始めてからずっと疑問を持っていてなかなか納得することができないことがあります： ニュートン力学において、物体の質量mは力Fが既知の場合はma=Fを利用することによって分かりますが、そもそもFはなぜ分かるのですか？ Fとしてもっとも代表的なのは万有引力だと思いますが、なぜ、万有引力は質量に比例することがわかるのですか？ ma=Fによれば、Fを知るためには物体の加速度と質量を知らなければいけないと思います。加速度は実験により知ることができるので、Fが何か与えられていれば、物体の質量を知ることができて、実験によって万有引力の法則がなりたつことが確かめられます。 万有引力が質量に比例するというのは、ニュートン力学における仮定なのですか？それとも、ma=Fが仮定なのですか？どちらかを仮定しなければ、ニュートン力学は実験によって検証できないと思うのですが。 そもそも、仮定したものを法則と呼ぶのもおかしいので、どこかまずい考え方をしていると思っています。 ご指摘をお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- 熱力学の問題について
反応 N2+3H2⇔2NH3を考える。ただし気体定数は8.0JK^-1mol^-1とします。 ここで500セ氏度における、この反応の圧平衡定数Kを1.5*10^-5とする。 27セ氏度におけるKを求め、反応を促進させるため(生成物の分圧を増す)ためには 温度が高いほうがいいか低いほうがいいか、質量作用の法則を用いて示せ。 という問題なのですが、エンタルピ、エントロピの減少量は それぞれ90kJ mol^-1、200JK^-1mol^-1 と与えられていたのでG＝-RT In Kより K(27)=exp(0.01203)=1.01.... よりK(27)>K(500)になると思います。 ここから質量作用の法則を用いるべきだとは思うのですが、質量作用の法則自体あまりつかめていないのでどうすべきか、 また高いほうがいいのかどうかもわからないです。よろしければこの問題について教えてください、お願いします。長々と申し訳ありません。
- ベストアンサー
- 化学
- べき乗微分の指数の拡張
高校2年生です。 ひょっとしたら高校レベルではないかもしれませんが、少し気になったので質問します。 一般にべき乗微分は (x^n)'=(x^n-1) で表されます。ずっとnは自然数のときのみかと思っていましたが、どうもnは実数の範囲に拡張できるようなのです。 調べてみましたら、指数が負の整数のときについては積の微分公式を使用して証明できましたが、指数が分数のときが、なぜそうなるのか理解できません。 どなたか高校生でも分かるように説明していただけないでしょうか。 またこれは関係ないのですが、反比例の式を原点から定積分するとどうなるのでしょうか。 反比例の式は最大値がありませんが、面積(定積分)はどうなるのでしょうか。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 第四属陽イオンの分離・検出
画像の実験操作（4）において、アンモニアを入れると硫化水素からの硫化物イオンが増加する。硫化物イオンが増加するためニッケルやコバルトが硫化物を作りやすくなる。なぜ、アンモニアを入れると硫化物イオンが増加するのか、その理由を化学反応の平衡移動や質量作用の法則の観点から説明しなさい。という問題が分からないので教えていただけると助かります。おねがいします。
- ベストアンサー
- 化学
- 物理化学についてです。
解いたことがない問題があったので質問させて頂きます。 1054.7cm3の内容積をもつ容器に297.0KでNO(g) 0.3292atm になるまで入れて、 さらにBr2を0.008811 mol 加えた。温度を323.7Kまで上げた後、反応が平行になっった時の容器内の全圧は0.4710atmであった。 これを元に、質量作用の法則から、この温度での標準圧平衡定数を求めよ。 ただし、この場合については標準圧力を1atmとする。 また、この時Br2は全て気体として存在するとして良い。 きっと標準圧平衡定数なのでKp゜だと思うのですが・・・。 皆さんの回答お待ちしております。
- 締切済み
- 化学
- ２つの弱酸の電離
電離定数kaの弱酸HAと電離定数kbの弱酸HBの混合水溶液がありモル濃度をそれぞれCa,Cbとするとき、水素イオンの濃度を求めよ、という問題なのですが、HA→（←）H(+)+A(-)(1)、HB→（←）H(+)+B(-)(2) の反応で質量作用の法則を適用するためにモル濃度に関して平衡前後の表を作ろうと思ったのですが、平衡前の(1)式の[H(+)]が初めCbαbにして、(2)式においての平衡前の[H(+)]をCaαaとしてもいいのでしょうか？？？？そうすると(1)が(2)より先に起こっているのに(2)も(1)より先におこっているようで矛盾しているかなぁ～と思うのですが・・・ 長文および乱文失礼しました。
- ベストアンサー
- 化学
- 相互溶解度曲線についての問題ですが・・・
今、６０℃において30ｇのAと70gのBを混合し、その後３０℃に下げた ところ、二液相に相分離した。共存する二液相のうち、Bの含有量が多い方の液相の質量はいくらか？ （液体AとBの相互溶解度曲線がありまして、縦軸に温度、横軸にBの質量分率があります。曲線は釣鐘状の曲線をしています。 ３０℃で二液相に当てはまる範囲がBの質量分率0.4～0.9となっていて 約45℃で曲線の頂点→Bの質量分率0.7 となっています） この問題なのですが、【ラウールの法則】を使うのでしょうか。 ラウールの法則だと混合液体の蒸気圧でA,Bの気体が液相と平衡に なったときに使うようなのであり、飽和蒸気圧、A,Bの分圧も必要と なってくるので使えないみたいです。 単純に横軸の質量分率が高い0.9を用いて、Bの質量 70×0.9＝63ｇ とすればよいのでしょうか？ 誰か分かる方いましたら、よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
お礼
たくさんの方々に考えて頂いて感激してます！ 僕自身浪人生なので時間の無駄は出来ないと思い、 期間を区切って平衡定数について調べる事にしてました。 「logった」に関してですが、僕は今まで僕達が考えてきた化学反応式はあくまで簡単な係数比で表された一次方程式に似たようなものだと認識していました。しかしここに来て化学反応式の係数がいきなり冪乗の指数として組み込まれている事には違和感を禁じえませんでした。wikipediaを見ると、反応速度を数学を駆使してモデル化することを試みているようだったのでLogかも知れないと思いました。 みなさんの意見を踏まえて、高校範囲では理由を考えるべき ではないという結論に至りました。僕は、昔から公式や定理を 疑うような生産的でないことばかりしていたので浪人してしま ったのだと反省しています。けれどもやっぱり意味の分かってない公式を駆使して自分が今何をしているかも分からないような答案も作りたくありません。 「この公式は高校範囲では難しくて例外もたくさんあるけど、今はこれをとりあえず覚えて、大学につながる勉強をしよう」と言ってくれればなんの疑いもなく暗記してみせますが、そういってくれる先生方はあまり多くありません。 今回の質問で、いい意味でこの疑問に対して妥協することが出来ました。大学で詳しく勉強できることを楽しみにしたいと思います！ 反応次数が２以下のようなごくごく簡単な平衡においては 化学平衡の法則は反応速度式で説明できるという事でよろしいでしょうか。 お礼をまとめてしまってすみません！ みなさんありがとうございました！！！