# 物理化学：平衡は何を固定するかで変わる — 学習ワークシート [学習ガイド](https://unireadinglist.com/ja/guides/physical-chemistry/) [科目・テーマ: 物理化学](https://unireadinglist.com/ja/subjects/chemistry/#course-physical-chemistry) 出典確認日: 2026-11-04 学習順路・例題の編集責任：University Reading List編集プロジェクト。 架空反応による化学熱力学、理想気体活量、平衡安定性。無料のDeVoe、広範なAtkins、分子的説明のMcQuarrieとSimonを比較する。実在物質の測定値や反応速度を与えるモデルではない。 ## 出発点を選ぶ - [ ] 無料で熱力学の基礎を学ぶ DeVoeで系、ポテンシャル、混合物、化学平衡を学ぶ。 - [ ] 物理化学全体へ接続する 量子論・速度論も必要ならAtkins。 - [ ] 分子から説明したい 微積分と基礎化学熱力学の後にMcQuarrieとSimon。 ## 三冊を比較する ### Thermodynamics and Chemistry Howard DeVoe 無料の巨視的主教材 選ぶ場面: 微分、対数、物質量収支が使える。 別の教材が適する場面: 量子化学や分光学全体を一冊で求める。 読む範囲: 熱力学ポテンシャル、混合物、反応、多成分平衡。 限界と注意点: 定義は制約を明確にするが、Kへの数値代入以上の作業が要る。 #### 選ぶ前に試す 分圧pA,pBの理想気体活量を書く。 確認すること: pA/p°、pB/p°。QとKに圧力単位を残さない。 自分のメモ: ________________________________ [公式の無料教材](https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/DeVoes_Thermodynamics_and_Chemistry) [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/chemistry/thermodynamics-and-chemistry-devoe/) ### 物理化学 Peter Atkins; Julio de Paula; James Keeler · 12 · 2022 広い課程用教材 選ぶ場面: 熱力学・分子論・速度論を横断する。 別の教材が適する場面: 平衡だけの集中した参考書が必要。 読む範囲: 第12版Focus 5混合物、6化学平衡、後で13統計熱力学。 限界と注意点: 接続は豊かだが初読範囲を絞る。デジタル資料は対応商品が必要。 #### 選ぶ前に試す 定圧p°のA⇌2BでpB/p°をxで表す。 確認すること: 2x/(1+x)。総物質量が変わるので2xではない。 自分のメモ: ________________________________ ISBN: 9780198847816 [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/chemistry/physical-chemistry/) ### 分子熱力学 Donald A. McQuarrie、John D. Simon · 1999 分子熱力学 選ぶ場面: エネルギー準位や分子の数え上げで理解したい。 別の教材が適する場面: 元の大きなPhysical Chemistry全範囲が必要。 読む範囲: 分子準位の基礎、熱力学関数、化学平衡。 限界と注意点: 分子的説明には数学が必要。この本は熱力学中心。 #### 選ぶ前に試す V=n0RT/p°を固定して分圧を書く。 確認すること: pA/p°=1−x、pB/p°=2x。全圧は固定されない。 自分のメモ: ________________________________ ISBN: 978-1-891-38905-4 [書誌情報と入手方法](https://unireadinglist.com/ja/subjects/chemistry/molecular-thermodynamics/) ## 準備を確認する ### 反応進行度と転化率を区別できるか 自分のメモ: ________________________________ ### 分圧を導けるか 自分のメモ: ________________________________ ### 何を最小にするか 自分のメモ: ________________________________ ## 六つのステップで学ぶ - [ ] 条件を表にする 読む範囲: 系と状態量。 取り組む課題: 固定量、未知数x、範囲を書く。 確認すること: 0\0、x=ξ/n0。実測値ではない。 自分のメモ: ________________________________ ## 前提を変えて考える: 剛体容器へ変える 初期量、T、Kpを保ち、固定容積V=n0RT/p°に変える。転化率と対応する最小原理を求めよ。 自分のメモ: ________________________________ ## 次に進む前に - 容器条件から活量を導く。 - 二つの平衡解を検証する。 - 速度と混同せず安定性を説明する。 ## 解答と解釈 ### 反応進行度と転化率を区別できるか x=ξ/n0は無次元。n0=1 molでも、次元を持つξに1を足してはならない。 ### 分圧を導けるか p\_i=n\_iRT/V、または全圧固定ならy\_iPを用いる。 ### 何を最小にするか 定温定圧はGibbs、定温定容はHelmholtz。同温度の平衡化学ポテンシャルは同じKを与える。 ### 定圧下の平衡転化率 1. nA=n0(1−x)、nB=2n0x、n=n0(1+x)。pA/p°=(1−x)/(1+x)、pB/p°=2x/(1+x)。 2. Q=4x²/(1−x²)=4よりx²=1−x²。許される根はx=1/√2。 3. Qは区間で0から無限大へ単調増加。ΔrG=RT ln(Q/Kp)より定温定圧のGは根の前で減少、後で増加。 x≈0.7071、nA≈0.2929 mol、nB≈1.4142 mol。 結果を検証する: 無次元分圧は約0.1716と0.8284で和1、Q=4。単調性からモデル内で唯一の大域最小。 ### 前提を変えて考える: 剛体容器へ変える 1. pA/p°=1−x、pB/p°=2x、Q=4x²/(1−x)。全圧は増加する。 2. x²=1−xの物理根は(√5−1)/2≈0.6180。負の根は除外。全圧は約1.6180p°。 3. Qは単調増加。定温定容ではHelmholtzエネルギーの進行度微分がRT ln(Q/Kp)となり唯一の最小を与える。定温定圧のG最小をそのまま転用しない。 定容ではx≈0.6180。Kは同じでも分圧の経路と制約付きポテンシャルが違う。 結果を検証する: x²=1−xでQ=4を厳密確認。速度論がないため到達時間は求まらない。 ## よくある誤り ### Kに単位を残す 標準状態で無次元化する。 ### 総物質量を固定 Aから2Bへ変わると総量は変化する。 ### 制約を忘れた最小原理 何を固定するか必ず指定する。 ## 出典と版の確認 - [DeVoe: thermodynamic potentials and chemical equilibrium](https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/DeVoes_Thermodynamics_and_Chemistry) ポテンシャル、混合物、反応平衡を分けて扱う無料教材。 - [OUP: exact twelfth-edition paperback and contents](https://www.oup.com.au/books/higher-education/chemistry/9780198847816) 第12版の目次は混合物、平衡、統計熱力学を別Focusに置く。 - [University Science Books: molecular thermodynamics](https://uscibooks.aip.org/books/molecular-thermodynamics/) 大きな物理化学書全体ではなく、分子的基礎を持つ熱力学書。 提案する学習活動であり、公式の課題や全巻通読の主張ではありません。 [編集と選定の方法](https://unireadinglist.com/ja/editorial/)