NO₂⇌N₂O₄ 化学平衡シミュレータNO₂⇌N₂O₄ Chemical Equilibrium Simulator

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 最初は容器の中がすべてNO₂(茶褐色)です。時間がたつと、NO₂の数は0になると思いますか。それともどこかで止まると思いますか。At first the container holds only NO₂ (brown). As time passes, do you think the number of NO₂ molecules falls to zero, or stops somewhere?💡 N₂O₄ができると、その一部はまたNO₂に分かれることがあります。Once N₂O₄ forms, some of it can split back into NO₂.
2. 正反応(NO₂→N₂O₄)は発熱反応です。容器を加熱すると、気体の茶色は濃くなると思いますか、薄くなると思いますか。The forward reaction (NO₂ → N₂O₄) is exothermic. If the container is heated, do you think the brown color becomes darker or lighter?💡 加えた熱を吸収するのは、正反応と逆反応のどちらでしょうか。Which reaction, forward or reverse, absorbs heat?

2動かしてみようTry it

1. ページを開くと温度320 K・体積1.00 Lで、NO₂だけの状態から反応が始まる。右のグラフでNO₂とN₂O₄の個数が変化し、点線(平衡の理論値)付近で一定になるまで約20秒観察する。下のグラフの正反応速度(緑)と逆反応速度(オレンジ)も比べる。When the page opens (320 K, 1.00 L), the reaction starts from pure NO₂. Watch for about 20 seconds as the NO₂ and N₂O₄ counts change on the graph and level off near the dashed lines ("Equilibrium"). Compare the forward rate (green) and reverse rate (orange) in the lower graph.
2. 「温度」スライダーを400 Kに上げ、容器の茶色、上部の「色(NO₂濃度)」、NO₂とN₂O₄の個数、グラフ上部のメッセージを見る。15秒ほど待って値を記録する。Raise the "Temperature" slider to 400 K. Watch the brown color, the "Color (NO₂ conc.)" bar, the NO₂ and N₂O₄ counts and the message above the graph. Wait about 15 seconds and record the values.
3. 温度を280 Kに下げ、20秒ほど待って同様に記録する。「N原子」の数が変わらないことも確認する。Lower the temperature to 280 K, wait about 20 seconds and record the values again. Also check that the number of "N atoms" does not change.
4. 温度を320 Kに戻して落ち着くまで待ち、「体積」スライダーを0.50 Lに下げて(圧縮)、ピストンの動きと個数・「色(NO₂濃度)」の変化を記録する。次に2.00 Lに広げて同様に記録する。Return the temperature to 320 K and wait until it settles. Lower the "Volume" slider to 0.50 L (compression) and record how the piston, the counts and "Color (NO₂ conc.)" change. Then expand to 2.00 L and record again.

3確かめようCheck

1. 320 K・1.00 Lで落ち着いたとき、NO₂とN₂O₄はおよそ何個でしたか。そのとき正反応速度と逆反応速度はどうなっていましたか。At 320 K and 1.00 L, about how many NO₂ and N₂O₄ molecules were there once things settled? How did the forward and reverse rates compare then?→ NO₂が約60個、N₂O₄が約30個で、点線の理論値の付近でゆらいでいた。正反応速度と逆反応速度のグラフはほぼ重なり(つり合い)、反応は止まっていないが個数は変わらなくなった。About 60 NO₂ and about 30 N₂O₄, fluctuating around the dashed equilibrium lines. The forward and reverse rate curves almost overlapped (balanced): the reactions did not stop, but the counts stopped changing.
2. 400 Kと280 Kでは、NO₂とN₂O₄の個数や色はどうなりましたか。What happened to the counts and the color at 400 K and at 280 K?→ 400 KではN₂O₄がほとんど分解してNO₂が約117〜120個になり、茶色が濃くなった(吸熱の逆反応へ移動)。280 KではNO₂が約17個、N₂O₄が約51個になり、色は薄くなった(発熱の正反応へ移動)。At 400 K almost all N₂O₄ split and NO₂ rose to about 117–120, so the brown became darker (shift to the endothermic reverse reaction). At 280 K there were about 17 NO₂ and 51 N₂O₄, and the color became lighter (shift to the exothermic forward reaction).
3. 320 Kで体積を0.50 Lにすると、NO₂とN₂O₄の個数はどう変わりましたか。2.00 Lではどうでしたか。At 320 K, how did the NO₂ and N₂O₄ counts change when the volume was reduced to 0.50 L? What about 2.00 L?→ 0.50 LではNO₂が約47個、N₂O₄が約37個へとN₂O₄側に移動した(分子の数が減る向き)。2.00 LではNO₂が約74個、N₂O₄が約23個へとNO₂側に移動した(分子の数が増える向き)。At 0.50 L it shifted toward N₂O₄: about 47 NO₂ and 37 N₂O₄ (the side with fewer molecules). At 2.00 L it shifted toward NO₂: about 74 NO₂ and 23 N₂O₄ (the side with more molecules).
4. 温度や体積を変えても変わらなかった数は何ですか。Which number did not change when the temperature or volume was changed?→ N原子の数(120個)。NO₂の数+2×N₂O₄の数はいつも120で、原子は保存されている。The number of N atoms (120). NO₂ + 2 × N₂O₄ always equals 120, so atoms are conserved.

4考えようThink further

1. 体積を1.00 Lから0.50 Lに圧縮した直後と、平衡が移動した後で、NO₂の濃度(色(NO₂濃度)の値)はどうなっていますか。圧縮前より薄くなるでしょうか。Right after compressing from 1.00 L to 0.50 L, and after the equilibrium has shifted, what is the NO₂ concentration (the "Color (NO₂ conc.)" value)? Does it become lower than before compression?→ 圧縮直後はNO₂約60個が0.5 Lに入るので約120個/Lに上がり、その後N₂O₄側へ移動してNO₂が約47個(約94個/L)まで減る。それでも圧縮前(約60個/L)より濃い。平衡移動は変化を「一部やわらげる」だけで、元に戻したり逆にしたりはしない。Right after compression about 60 NO₂ are squeezed into 0.5 L, about 120 per L; then the shift toward N₂O₄ lowers NO₂ to about 47 (about 94 per L). That is still higher than before (about 60 per L). The shift only partly counteracts the change; it does not undo or reverse it.
2. 平衡状態では反応が止まっているといえるでしょうか。シミュレーションの何を根拠に答えますか。Can we say the reaction has stopped at equilibrium? What in the simulation supports your answer?→ 止まっていない。容器内ではNO₂どうしの結合やN₂O₄の分裂(光る円)が続いており、下のグラフでも正反応速度と逆反応速度は0ではなく、等しい値でつり合っている。これを動的平衡という。No. In the container NO₂ molecules keep joining and N₂O₄ keeps splitting (the glowing circles), and in the lower graph the forward and reverse rates are not zero but equal. This is called dynamic equilibrium.

よくある誤解Common misconceptions

• 「平衡状態では反応が止まっている」という誤解。正反応と逆反応は同じ速さで続いており、全体の個数が変わらないだけである。"At equilibrium the reaction has stopped." The forward and reverse reactions continue at the same rate; only the overall counts stay the same.
• 「ルシャトリエの原理で、変化は完全に打ち消されて元に戻る」という誤解。平衡移動は変化を一部やわらげるだけで、圧縮後のNO₂濃度は圧縮前より高いままである。"By Le Chatelier's principle, the change is completely cancelled and things go back to how they were." The shift only partly counteracts the change; after compression the NO₂ concentration stays higher than before.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)