気体の平衡とギブズの自由エネルギー

$dG=VdP-SdT$   だから、$d\mu_i=(\f{\partial V}{\partial n_i})dP_i-(\f{\partial S}{\partial n_i})dT$

$T:const⇒d\mu_i=V_{mi}dP_i$($V_{mi}$は$i$の部分モル体積)

理想気体の状態方程式から、$V_{mi}=\f{RT}{P_i}$

$\therefore d\mu_i=RT\f{dP_i}{P_i}$

ここで、次の平衡を考える

$aA + bB ⇄ cC + dD$

このときギブズエネルギーの変化量   $\Delta G$   は

$\Delta G=\displaystyle\sum_{i=c,d}\it i d\mu_i-\displaystyle\sum_{i=a,b}\it i d\mu_i$

ところで、 $\it i d_mu_i=\it iRT\f{dP_i}{P_i}=iRT\ln P_i$

\begin{align}\therefore \Delta G&=\Delta G\stst+cRT\ln P_c+dRT\ln P_d-aRT\ln P_a-bRT\ln P_b\\&=\Delta G\stst+RT\ln \f{P^c_{c}P^d_d}{P^a_{a}P^b_b}\end{align}

平衡定数$K(=\displaystyle \frac{P^c_{c}P^d_d}{P^a_{a}P^b_b})$  をもちいて、

平衡が成り立つとき、$\Delta G=0$  であるから、

$0=\Delta G\stst+RT\ln K$

$\therefore K=exp(-\f{\Delta G\stst}{RT})$

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