ルシャトリエの原理（温度・圧力変化・希ガスを加えた場合など）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『ルシャトリエの原理（温度・圧力変化・希ガスを加えた場合など）』について解説しています。

ルシャトリエの原理とは

• 平衡状態にある可逆反応の条件を変化させると、その変化を和らげる方向に平衡が移動する。これをルシャトリエの原理という。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}⇄2NH_{3}+92kJ} \]

• この反応が平衡状態に達しているとき、次の操作を行うとどのような変化が起こるかを考える。

操作1「窒素（N₂）を加える」

• 繰り返すが、ルシャトリエの原理によると「条件を変化させるとその変化を和らげる方向に平衡が移動」する。したがって、N₂を加えるという操作を行うと、「N₂を減らす方向」に平衡が移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ → }2NH_{3}+92kJ} \]

• この反応だと式の左側にN₂があるので、N₂を減らす方向、つまり「右向き」に平衡が移動する。

操作２「水素（H₂）を除去する」

• H₂を除去すると、「H₂を増やす方向」に平衡が移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ ← }2NH_{3}+92kJ} \]

• この反応だと、左向きに移動する。

条件による平衡の移動

• 上で紹介した2つ以外にも、いろいろなパターンを考えてみよう。ここからも引き続きこの反応を例に説明していく。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}⇄2NH_{3}+92kJ} \]

温度変化

• 温度が変化すると、平衡が移動する。

温度を上げる

• 温度を上げると、ルシャトリエの原理にしたがい「温度を下げる方向」に平衡が移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}⇄2NH_{3}\textcolor{#dc143c}{ +92kJ }} \]

• この反応は、反応式の後ろに「＋92kJ」が付いている。「＋」ということは「発熱反応」なので、「右側に行く反応（→）＝温度を上げる反応」ということになる。
• したがって、温度を下げる反応は、逆の左側に行く反応（←）なので、温度を上げると平衡は左側に移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ ← }2NH_{3}+92kJ} \]

温度を下げる

• 温度を下げると、ルシャトリエの原理に従い「温度を上げる方向」に平衡が移動する。
• 上で説明したように、この反応は右側に行く反応（→）が発熱反応（温度を上げる反応）なので、平衡は右方向に移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ → }2NH_{3}+92kJ} \]

圧力変化

• 圧力が変化すると、平衡が移動する。

圧力を上げる

• 圧力を上げると、ルシャトリエの原理に従い「圧力を下げる方向」に平衡が移動する。

• 圧力は気体分子数が多いほど高くなる。
• 今回の反応では、左側の方が気体分子数が多く圧力が高い。したがって、圧力を上げた場合、圧力の低い右側の方に平衡が移動する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ → }2NH_{3}+92kJ} \]

圧力を下げる

• 圧力を下げると、ルシャトリエの原理に従い「圧力を上げる方向」に反応が進行する。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ ← }2NH_{3}+92kJ} \]

• 先ほど説明したように、左側の方が気体分子数が多く圧力が高いので、圧力を下げた場合、左方向へ平衡が移動する。

触媒を加える

• 触媒を加えると、「正反応と逆反応のスピードがともにUP」する。
• しかし、スピードが上がるだけでどちらかに平衡が移動することはない。

反応に関与しない物質を加えた場合

• 希ガスなどの「反応に直接関与しない物質」を加えた場合、少し注意が必要である。
• 「反応に直接関与しない物質は基本ムシ」という視点で考えていこう。

圧力一定で希ガスを加える

• 圧力一定で希ガスを入れたとき、希ガスの分だけ体積が増加する。

• 容器内にある希ガスArはムシするが、希ガスによって大きくなった体積はムシすることができない。
• 体積が増加したということは、「体積に対する気体の量が少なくなった」と考えることができるので、この反応は、気体分子を増やす方向、つまり左方向に反応が進む。

\[ \mathrm{N_{2}+3H_{2}\textcolor{#dc143c}{ ← }2NH_{3}+92kJ} \]

体積一定で希ガスを加える

• 体積一定で希ガスを加えると、当然体積変化は起こらない。

• 体積になんの変化もなく、（最初に述べたように）希ガスは”ムシ”できるので、この場合は「なにも起きていないのと同じ」ということになる。”何も起きていない”ので、当然平衡の移動も起こらない。