高校化学 平衡移動

質問

N2O4（無色）→2NO2(赤褐色）
　　　　　　　　←

となる平衡状態が注射器の中で成立しているとき
ピストンで圧縮すると

圧縮した直後は赤褐色が濃くなり、その後赤褐色は薄くなる。

とあるのですが、「その後赤褐色が薄くなる」のはわかるのですが
なぜ「直後に赤褐色が濃くなる」のでしょうか。

圧縮でふたつの物質の濃度がともに増加したら赤褐色が濃くなると同時に無色も濃くなり結局
同じではないのでしょうか。

初歩的な質問ですいません。よろしくお願いします。

回答No.2

rnakamra · ベストアンサー

N2O4が無色でありNO2が赤褐色であるとはどういうことなのでしょうか。

色には二通りの考え方があり、それをある程度は理解しておいたほうがよいでしょう。
1.発光による色
化学分野だと炎色反応の色。
Naの炎色反応は黄色となりますが、これはNaが励起されると黄色の光を出しています。

2.吸光による色
溶液の色などはこちら。
太陽光や蛍光灯などの一般的な光源から出ている光は多くの色の光が混ざったものです。このような光を白色光と呼びます。
物体に光が当たるといくつかの色の光を吸収し、他の波長の光のみを透過したり反射したりします。植物の葉が緑色なのは、緑色の光以外を効率よく吸収し光合成に活用し、緑の光があまり吸収されないため緑色に見えるのです。

1,発光によって出来る色は、色を作る物質の濃度を上げると光の量が増えるため明るくなります。
2.の吸収によって出来る色は、色を作る物質の濃度を上げると吸収される光の量が多くなり、暗くなり色が濃くなります。
さらに、無色とはどの光も吸収しないということで、無色の物体の濃度を上げても色も明るさもほとんど変化しません。

二つの気体が混ざっている場合、その色は光の吸収によって決まります。
光の吸収をしない無色の気体の量が増えても色には影響せず、光を吸収する有色の気体の量が増えると色が濃くそして暗くなります。

お礼

大変わかりやすかったです。

色についての根本的なご説明により、
無色ということの意味とその扱い方がよくわかりました。

ありがとうございました。

回答No.6

htms42

＃５です。
ちょっとっとしたミスですが、

＞注射器を圧縮方向から見ると濃度が変わっても「色の濃さ」は出てこないはずです。

⇒注射器を圧縮方向から見ると濃度が変わっても「色の濃さの変化」は出てこないはずです。

回答No.5

htms42

一時的に濃縮されることで濃い色に見えるという可能性も確かに考えることができます。
体積変化による平衡移動が遅いと可能性が出てきます。体積を半分にすれば濃度は２倍になります。
でもこの濃度変化が色の変化になって見えるのは注射器を横から見た場合です。
注射器を圧縮方向から見ると濃度が変わっても色の濃さは出てこないはずです。
中にある気体の量が変わらないからです。

注射器で縦方向に色の濃さを見るというのは少し見にくいですが色の濃さの変化を見るのであれば出来るのではないでしょうか。
注射器を縦方向に見ても色の変化がハッキリしていれば温度上昇が原因であるというのがよりはっきりします。

回答No.4

c80s3xxx

温度上昇が主因なのか，一時的に濃縮されることが主因なのか，ちょっと判断が難しいところですね．
等温的に圧縮しても，N2O4 への変化速度よりも NO2 が濃縮される速度が速いということはありそうです．
反応には速さがあるので，圧縮速度と反応速度のバランスによっては，温度変化がなくてもこのようなことはおこっても不思議ではありません．

htms42先生方が温度変化と結論づけたのは，その辺も検討されたとは思うのですが，常温近辺では，実際，どのくらいの反応速度定数なのでしょうか．
ということで，ちょっと調べてみると，この反応速度はかなり速いみたいで，条件にもよりますが，ms 以下で平衡に達するようです．たとえば P. Borrell, C. J. Cobos, K. Luther, J. Phys. Chem., 92, 4377 (1988).

ということで，結論としては，断熱圧縮による温度上昇が主因ということで納得しました (私が)．

補足

なかなか難しく感じます。
でも大変参考になりました。

回答No.3

htms42

多分、やってみられての質問だろうと思います。

Ｎ２Ｏ４⇔２ＮＯ２

この平衡移動は温度の変化、圧力の変化のどちらが起こっても起こります。
圧縮すると体積が小さくなりますから分子数の少なくなる方向に移動が起こります。
ＮＯ２が減ってＮ２Ｏ４が増えますので色は薄くなります。

温度を上げた時にはＮＯ２が増える方向に移動が起こります。着色した粒子の数が増えますので色は濃くなります。Ｏ２Ｎ：ＮＯ２が切れてＯ２Ｎ・と・ＮＯ２になるというのは加熱によって起こると考えればいいです。不完全な電子の入り方をしている・ＮＯ２よりもオクテットを満たすように電子の入っているＯ２Ｎ－ＮＯ２の方が安定であると考えてもかまいません。普通この加熱は気体を入れて栓をした試験管をお湯の中に入れてやります。注射器ごと入れてもできますが、試験管の方が体積は変わっていないというのが確認しやすいからです。水道水で冷やせば元に戻るというのもやりやすいです。

注射器での圧縮はたいていぐっと力を入れて一気に行っています。
この場合、温度が変化しています。断熱圧縮という現象が起こっています。
体積を半分近くまで持って行くのですからかなりの温度上昇が起こっているのです。
本当は時間をかけてゆっくりと圧縮するのがいいのですがかえって操作が難しくなりますのでたいていは一気にやっています。
圧縮してしばらく待っていると温度が周囲の温度に等しくなりますので体積変化だけによる平衡移動が観察されることになります。
温度変化による平衡移動の方が敏感に起こる変化だということにもなりますね。

かなり昔の事ですが高等学校の化学の先生の研修会で話題になったことがあります。
その時には、「断熱圧縮で温度上昇が起こっている」ということで決着がつきました。

参考　断熱圧縮での温度変化は近似的には
　　　ＴＶ^(γ-1)＝一定
　　　で考える事ができます。　γ≒１．３ぐらいで考えるといいでしょう。
　　　（空気だとγ≒１．４になります。）

補足

そこまで深く考えるとなかなか難しく感じます。実際は
温度変化によるものだったのですか。

大変参考になりました。ありがとうございました。

回答No.1

DJ-Potato

無色が濃くなった色ってどんなですかね？

赤い透明な下敷きと、無色透明な下敷きを重ねて、それからまとめて２つ折りにしたら、赤が濃くなりそうじゃないですか？