化学平衡シミュレーター (ルシャトリエ)

化学平衡シミュレーターの使い方

1. 容器には最初、窒素 1 mol (青いペア) と水素 3 mol (白いペア) が入っています。これらが反応してアンモニア (青 1 つと白 3 つ) ができ、やがて混合物は平衡に達します。平衡ではアンモニアのできる速さと分解する速さが等しく、Q と K が等しくなります。
2. 平衡を乱して、ルシャトリエの原理どおりに戻っていく様子を見てください。容器を圧縮すると圧力が上がるので、反応は 4 個の分子を 2 個にしてアンモニアを増やします。加熱すると、アンモニアができるときに熱が出るので、平衡は窒素と水素の側へ戻ります。気体を加えたりアンモニアを除いたりすると、混合物はそれを使い切る向き、または補う向きに動きます。
3. 触媒を外して容器を冷やすと、話のもう半分が見えます。低温では平衡はアンモニアに有利ですが、反応が遅すぎてほとんど進みません。グラフは選んだ体積での平衡時のアンモニアの割合を温度に対して示します。

よくある質問

化学平衡とは？

可逆反応が落ち着く状態で、正反応と逆反応が同じ速さで進むため、分子は両方向に反応し続けていても量は変わらなくなります。N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ では、反応商 Q = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) p(H₂)³) が平衡定数 K に等しくなったときに達します。

ルシャトリエの原理とは？

平衡が乱されると、その乱れを一部打ち消す向きに平衡が移るという原理です。反応物を加えると、それを一部使う正方向へ。生成物を除くと、それを一部補う正方向へ。圧力を上げると気体分子の少ない側が有利になり、温度を上げると熱を吸収する向きが有利になります。

熱で収率が下がるのに、ハーバー法が高温で行われるのはなぜ？

収率の高い温度では、触媒があっても反応が遅すぎるからです。工業では妥協して、約 450 °C、鉄触媒、収率を取り戻すための 150〜300 bar の圧力を使い、アンモニアを凝縮して取り出し、反応しなかった気体は再利用します。その最後の段階が NH₃ を取り除くボタンです。

触媒は平衡を変える？

いいえ。触媒は正反応と逆反応を同じ倍率で速めるので、混合物は早く平衡に達しますが、組成はまったく同じです。K を変えるのは温度だけで、圧力や量は Q を変え、その後混合物は Q が再び K に等しくなるまで動きます。

WebGL が無効と表示されます。

3D 表示には WebGL が必要で、現行のブラウザはすべて対応しています。ブラウザ設定でハードウェアアクセラレーションが無効になっているか、グラフィックドライバーが非常に古いと無効になることがあります。ハードウェアアクセラレーションを有効にするか、別のブラウザをお試しください。

何かアップロードされますか？

いいえ。シミュレーションはお使いのブラウザが WebGL で描画しています。どこにも送信されず、ページを一度読み込めばオフラインでも動きます。