ルシャトリエの原理：体積（圧力）の変更

ル・シャトリエの原理は、平衡状態にあるシステムが体積や圧力の変化のストレスにどのように応答するかを予測するために使用できます。

気体の体積はその圧力に反比例するため、平衡状態のシステムでは、体積が減少すると圧力が上昇し、平衡が乱れます。それに応じて、平衡位置は応力を最小化する方向にシフトします。

理想気体の法則では、気体の圧力はモル数に正比例するとされています。したがって、平衡を回復するために必要なシフトの方向は、反応の両側のガス粒子のモル数に依存します。

ガスのモル数が多いほど圧力が高くなると、圧力が上昇すると平衡位置がモル数が少ない側に移動し、圧力が下がります。同様に、圧力が下がると、平衡位置はガスのモル数が多い側に移動します。

1モルのガス状五塩化リンが1モルの三塩化リンと1モルの塩素ガス(合計2モルの生成物)に分解する化学平衡を考えてみましょう。

ピストンを押し下げると、平衡システムの体積が減少し、圧力が増加します。これにより平衡が乱れ、Q が K よりも大きくなります。したがって、平衡位置は、圧力を下げて平衡を回復するために、ガス粒子のモルが少なく、反応物に向かってシフトします。

逆に、ピストンを引き上げると体積が増え、圧力が下がります。この場合、Q は K よりも小さくなります。圧力を上げるために、平衡位置はガスのモル数が最も多い側である製品にシフトし、平衡を回復します。

一定体積の平衡混合物に不活性ガスを添加して圧力を上げても、ガス状反応物と生成物の分圧は変わらないため、平衡に影響を与えません。

ヨウ素ガスと塩素ガスが反応して一塩化ヨウ素を生成するなど、ガス状反応物と生成物の数が等しい平衡系の場合、系の体積の変化は平衡に影響を与えません。