Kp計算ツールとは?
このツールは、気相反応における濃度ベースの平衡定数(Kc)を、圧力ベースの平衡定数(Kp)へ変換します。KcとKpは同じ化学平衡を表しますが、用いる単位が異なります。Kcはモル濃度、Kpは分圧を使います。両者は理想気体の状態方程式によって結びついています。
使い方
Kcの値、絶対温度(ケルビン K)、そしてΔn(気体のモル数の変化量。釣り合った化学反応式から、気体生成物のモル数から気体反応物のモル数を引いた値)を入力します。気体定数Rの初期値は 0.082057 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹ で、この場合Kpは気圧(atm)単位で得られます。パスカル(Pa)やSI単位で計算する場合は R = 8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹ を使ってください。計算結果として、Kpに加えて途中計算値である \(R \cdot T\) と \((R \cdot T)^{\Delta n}\) も表示されます。
計算式の解説
関係式は
$$K_p = K_c \times \left( R \cdot T \right)^{\Delta n}$$です。Δn = 0 のとき(両辺の気体モル数が等しいとき)、Kp = Kc となります。生成物側の気体のモル数が多い場合(Δn > 0)、KpはKcより大きくなり、少ない場合はKpの方が小さくなります。指数のΔnは、気体分子の正味の変化に応じて体積・圧力の換算がどのようにスケールするかを表しています。
計算例
アンモニア合成 N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) を考えます。\(\Delta n = 2 - (1 + 3) = -2\) です。500 K で Kc = 0.5、R = 0.082057 とすると、\(R \cdot T = 41.0285\)、\((R \cdot T)^{-2} = 0.000594\) となります。したがって
$$K_p = 0.5 \times 0.000594 \approx 0.000297 \ \text{atm}^{-2}$$です。
よくある質問
KpとKcが等しくなるのはどんなとき? Δn = 0 のときです。\((R \cdot T)^0 = 1\) になるためです。
Rはどの値を使えばいい? 圧力をatm単位で扱う場合は 0.082057 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹ を、Pa単位の場合は 8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹ を使います。圧力の単位と必ず揃えてください。
温度はケルビンで入力する必要がある? はい。摂氏(℃)は必ず273.15を加えてケルビン(K)に換算してください。