平衡移動と反応の方向：加熱によるNO₂分子数の変化の理由を解説

化学の授業で「加熱するとNO₂の分子数が増加する」と聞いて混乱したことはありませんか？反応が発熱反応だから、加熱すると反応が逆方向に進んで熱を放出し、NO₂が減ると思いがちですが、実は逆の現象が起きるのです。本記事では、この現象をわかりやすく解説します。

化学反応の平衡とは？

化学反応における平衡とは、反応が進む方向と逆方向に進む速度が同じになる状態のことを指します。反応の平衡が保たれると、反応物と生成物の濃度が一定になります。例えば、2NO₂(g) ⇔ N₂O₄(g)という反応では、NO₂とN₂O₄が平衡を保っています。

反応には、発熱反応と吸熱反応の2種類があります。発熱反応はエネルギー（熱）を放出し、吸熱反応はエネルギー（熱）を吸収します。この違いを理解することが、加熱による反応の変化を理解するカギとなります。

ルシャトリエの原理によれば、外部条件（温度、圧力、濃度など）が変化したとき、反応はその変化に逆らう方向に進み、平衡を保とうとします。つまり、温度が上がると、吸熱反応の方向に平衡が移動します。

具体的に、この反応で考えると、2NO₂ ⇔ N₂O₄という反応は、NO₂がN₂O₄に変わるときに熱を放出する発熱反応です。しかし、温度が上昇すると、反応は吸熱反応の方向に移動し、NO₂が増えるのです。

加熱によって反応が吸熱反応の方向に進むため、NO₂の分子数が増加します。つまり、反応がN₂O₄からNO₂に向かって進むため、NO₂が増えるのです。この現象は、化学反応の平衡が温度の変化に応じてどのように変動するかを理解する上で非常に重要です。

例えば、閉じた容器内でこの反応を行ったとしましょう。加熱するとNO₂の濃度が増えることが観察されます。これは、温度が上昇した結果、吸熱反応（NO₂の生成）が優先されるためです。このように、化学反応の平衡は温度や圧力などの外部要因によって変動することを理解することが大切です。

加熱するとNO₂の分子数が増加する理由は、反応が吸熱反応の方向に移動するためです。ルシャトリエの原理に従い、温度が上昇すると吸熱反応の方向に平衡が移動し、NO₂が増えます。化学反応の平衡の仕組みを理解することで、さまざまな反応の挙動を予測することができるようになります。