ファントホッフの式とは?
ファントホッフの式は、化学反応の平衡定数 K が温度によってどのように変化するかを表す式です。2つの温度における平衡定数の比を、標準反応エンタルピー ΔH と結びつけます。この計算ツールは、温度範囲内で ΔH が一定であると仮定した2点形(積分形)を用い、新しい平衡定数 K2 とあわせて \(\ln(K_2/K_1)\) および \(K_2/K_1\) の比を表示します。
使い方
温度 T1(ケルビン単位)での既知の平衡定数 K1、標準エンタルピー変化 ΔH(kJ/mol)、そして2つ目の温度 T2(ケルビン単位)を入力してください。計算ツールは ΔH をジュールに換算し、気体定数 \(R = 8.314 \ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) を適用して K2 を返します。ΔH が正(吸熱反応)の場合、温度が上がると K は増加します。ΔH が負(発熱反応)の場合、温度が上がると K は減少します。
式の解説
積分形の式は次のとおりです。
$$\ln\!\left(\frac{K_2}{K_1}\right) = -\frac{\Delta H}{R}\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right)$$これを K2 について解くと、次のようになります。
$$K_2 = K_1\,\exp\!\left[-\frac{\Delta H}{R}\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right)\right]$$温度はケルビンで指定する必要があり、ΔH と R はエネルギー単位をそろえる必要があるため、ΔH は内部で kJ/mol から J/mol に換算されます。
計算例
T1 = 298 K で K1 = 1、ΔH = 50 kJ/mol、T2 = 308 K とします。このとき
$$\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1} = \frac{1}{308} - \frac{1}{298} = -0.00010897 \ \text{K}^{-1}$$となります。\(\Delta H/R = 50000/8.314 = 6013.95\) なので、
$$\ln\!\left(\frac{K_2}{K_1}\right) = -(6013.95)(-0.00010897) = 0.65535$$よって \(K_2 = 1 \cdot e^{0.65535} \approx 1.9258\) です。この吸熱反応では、10 K の温度上昇で平衡定数がほぼ2倍になります。
よくある質問
温度はケルビンで入力する必要がありますか? はい。この式には絶対温度が必要です。摂氏(°C)からは 273.15 を加えて換算してください。
R の値はいくつを使っていますか? \(R = 8.314 \ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) を使用し、単位が打ち消し合うよう ΔH を kJ/mol から J/mol に換算しています。
ΔH は一定と仮定されていますか? はい。2点形では、温度区間内で ΔH(および ΔS)が大きく変化しないと仮定します。これは温度範囲がそれほど広くない場合には良い近似となります。