高校生で証明できる化学平衡論

高校の時に僕はあらゆる公式を証明していたのだが、その中で最難間だったのは
化学平衡の公式だった。
Ｈ２＋Ｉ２⇔２ＨＩ
が何故
[HI]^2/[H2][I2]=K（定数）となるのかが理解できなかった。
2[HI]じゃなくて何故二乗の[HI]^2なのか１００時間程悩んだ。

化学の先生に３回聞いたら３回共無視された。
なぜなら、高校の化学教師レベルじゃ公式を覚えていても公式を理解してないからだ。
（当時の僕は高校の化学教師はこれ位知ってると思っていた。）

変なプライドがあるので解かりませんという事もできないから無視するのだ。
（僕は大学教授達に僕の↓リンク参照の特許を見せに行くんだが彼ら理解できないから、突然無視してくる。
面白い事に高校の化学教師と同じ現象が起きるんだ。人間の心理って不思議で面白いね。
http://energy1944.blogspot.com/2017/06/blog-post_15.html
）
図書館に行って１０冊くらい化学の本を見ても証明方法は書いてなく公式が書いてあるだけだった。

高校生の僕は１００時間掛けて、高校で習った範囲の事をフルに使い自力でこの証明に挑んだ。
結論から言うと、意外な事に化学では無く、物理の圧力のイメージと数学の確率と組み合わせを応用させると大体理解できることが判明した。

上図はその物理の圧力のイメージ。これらの分子が箱に閉じ込められてると考えてね。
そして
H2の個数を[H2]
I2の個数を[I2]
HIの個数を[HI]
とする。
H2とI2各一個の分子は平均Kh2i2(定数)秒に一回衝突し２個のHI分子になると仮定する。
HIの２個の分子は平均Khi(定数）秒に一回衝突しＨ２とＩ２になると仮定する。

ここで沢山の分子があるわけだから、数学の組み合わせを使う。
H2とI2の衝突の組み合わせは[H2][I2]/2で表される。
HIの衝突の組み合わせは[HI][HI-1]/2で表される。
よって
[H2][I2]/Kh2i2/2は一秒当たりにできる2HIの数。
[HI][HI-1]/Khi/2は一秒当たりに失う2HIの数。
化学平衡状態だと
失うHIの数とできるHIの数は同じになってる。
故に[HI][HI-1]/Khi/2＝[H2][I2]/Kh2i2/2が成り立つ。
定数を右辺にまとめると、
[HI][HI-1]/[H2][I2]=Ｋ（定数）
[HI-1]は実際にはとても大きな数なので[HI]に近似しよう。
よって
[HI]^2/[H2][I2]=K（定数）

これで2[HI]じゃなくて何故二乗の[HI]^2なのかようやく理解できた。
１００時間も掛かったが理解できるとあっけない。
自分みたいな高校生がもし居たらこれをやってみてくれ。
また、これで分子の個数が異常に多い時や少ない状態だと化学平衡論がまともに機能しないのも
イメージできるだろう。
分子の個数が異常に多いと分子が邪魔しあって化学平衡論が崩れる。
分子の個数が異常に少ないと上に平均Khi(定数）秒に一回衝突と書いてあるようにこの問題は
確率なので実験結果にブレが出るはずだ。また[HI-1]≒[HI]としたが、このマイナス一個の影響も出てくる。

僕は受験勉強の時にこの化学平衡論の証明にはまり過ぎて、化学の試験ではぼろぼろだった。
練習用に下位大学の化学受験して見たら、見事に落ちた。
まあ、上位大学に物理で挑んだら、物理満点かほぼ満点で合格したから結果オーライだ。
理論と受験は違う物なのだ。
受験用の勉強は公式を覚える事だ。
良い大学に入りたかったらこの事を守った方が幸せになれる。

僕は頑固で試験の時に必ず公式の証明（３角関数の加法定理など）をしていた。
時間切れで終わることも多いから満点を取ったり大した点数を取れなかったり相当ぶれがあった。
僕は大学受験のテストでこのルールを破り公式だけを覚えて解いた。
結果は上記のように上位大学に物理満点状態で合格だ。

公式は証明できる方が本当の理解という意味で良いが、受験の時は時間切れになるので要領良く公式をただ覚えて数値を代入して行くと良い。