平衡反応と圧力の変化：温度一定で反応が左に進む理由

化学反応の平衡状態において、圧力が変化すると反応の進行方向が変化します。特に「C(黒鉛)＋CO₂(気)⇄2CO(気)」という反応において、温度一定で圧力が上がると反応が左に進む理由を理解するためには、Le Chatelierの原理を理解することが重要です。

1. 平衡とは？

化学反応が進行する中で、反応物と生成物の濃度が一定になる状態を「平衡状態」といいます。平衡状態では、反応が進行し続けているものの、正反応と逆反応の速度が等しくなるため、反応物と生成物の割合が変化しません。

2. 圧力の影響：Le Chatelierの原理

Le Chatelierの原理によると、反応系に外部から圧力や温度の変化が加わったとき、系はその変化に対して反応を起こし、平衡を回復しようとします。この原理を使って、圧力が変化したときの反応の動きを予測できます。

3. 反応の平衡における圧力の影響

「C(黒鉛)＋CO₂(気)⇄2CO(気)」の反応では、反応物のCO₂と生成物のCOのモル数に違いがあります。この反応において、圧力を上げると気体分子の数が減少する方向に平衡が移動します。反応前に2モルの気体分子があり、反応後に1モルの気体分子になるため、圧力が上がると、反応は左方向（反応物側）に進み、気体の数が減少しようとします。

4. 固体の影響：なぜ固体は除外されるのか

平衡の計算では、固体や液体はその体積や圧力の影響を受けないため、通常は圧力や濃度の変化に対する反応において無視されます。したがって、反応式中に登場する固体（この場合、C（黒鉛））は平衡において重要ではなく、気体の濃度や圧力のみが影響を与えることになります。

まとめ

圧力が上がると反応が左に進む理由は、反応における気体分子の数の変化によるものです。Le Chatelierの原理によれば、圧力が増加すると、気体分子の数を減らす方向に反応が進みます。このように、圧力や温度の変化が反応の平衡に与える影響を理解することは、化学反応を予測する上で非常に重要です。