화학 평형 ✔

 

 

화학 평형의 정의

모든 반응물과 생성물의 농도가 시간이 경과함에도 일정하게 유지되는 상태

즉, 반응물이 생성물로 변하는 '정반응' 의 속도와 ( 화살표 "→" 방향으로의 반응)

생성물이 반응물로 변하는 '역반응' 의 속도가 ( 화살표 "←" 방향으로의 반응)

일치할 때! 를 의미한다.

 

* 정반응을 흔히 Kf, 역반응을 Kr이라고 나타낸다. (K forward, K reverse)

Kf와 Kr은 각각 변하지 않는 상수이다. 평형 농도는 바뀔 수 있어도 Kf와 Kr 값은 변하지 않는다.

Kf / Kr 을 K라고 하고, 이때의 K는 '평형 상수' 이다. Kc 라고 쓰기도 한다.

 

Kc가 지니는 의미

: 평형 상태에서, 반응 물질에 대한 생성 물질의 존재 비율.

농도 (기체일 경우에는 압력도 가능) 로 나타낸다.

단위가 없다.

순수한 액체 / 고체는 고려하지 않는다. 어차피 1의 값을 가지기 때문이다. 그리고 반응 중에 변화가 일어나도 고려치 않기는 마찬가지인데, 그 이유는 순수 액체 / 고체의 농도는 늘 변함없이 일정하기 때문이다. H2O가 물이라서 자연스럽게 항상 l(liter)이라고 간주하기 쉬운데, H2O 뒤에 (g) 가 붙어 있는 수증기 상태일 때는 반응에서 고려해야 할 것들에 포함되므로 주의해야 한다. (기체가 되는 이상, 그 순간부터는 변화하는 압력에 영향을 받기 때문!)

 

* 어떤 계에서 반응물과 생성물의 농도가 변하지 않으면 유추할 수 있는 두 가지 가능성 *

1. 화학 평형 상태에 있는 계이다.

-> 화학 평형 상태에 있다는 것은 곧 그 시스템이 가질 수 있는 자유 에너지의 최저점에 도달했다는 뜻이다.

 

2. 정반응, 역반응의 속도가 너무 느려 평형에 도달하는 속도를 측정할 수 없다.

-> 활성화 에너지(반응이 시작되기까지 필요한 첫 에너지)가 큰 경우에 이렇다.

 

 

질량 작용의 법칙 Law of Mass Action

평형 상수를 표현하는 방식.

K = ( [C]^m [D]^n ) / ( [A]^j [B]^k )

 

jA + kB <-> mC + nD

이때 A, B, C, D의 상태는 aq 혹은 g이다.

 

// 두 개의 반응식을 곱할 때는 두 반응의 평형 상수를 곱해 주면 된다!

 

 

평형 위치 Equilibrium Position

: "화학 평형에서의 농도 pair들의 모임"

평형이 이루어질 수 있는 위치는 셀 수 없이 많다. 어떤 계의 '특정한' 평형위치는 초기 농도에 따라 결정된다.

같은 온도에서 평형상수 K는 늘 일정하다. 그러나 그것이 평형 '농도' 의 일정함까지 의미하지는 않는다.

 

 

Kc와 "Kp" 라는 것의 관계

Kp는 '농도를 통해 평형반응을 나타내던 Kc' 와 달리, '압력을 통해 평형반응을 나타내는' 방식.

단, 기체일 때만 적용된다.

Kp = Kc * (RT)^(델타 n)

 

R은 0.0821

T는 절대온도 (섭씨 + 273)

델타 n은 (생성물의 몰 수의 합) - (반응물의 몰 수의 합)

 

Kp의 크기로 알 수 있는 것!

-> 만약 Kp 값이 1보다 작으면 이 반응은 생성물이 우세할 수 없는 반응이다.

1과의 대소 비교로 해당 반응이 자발적 반응인지, 비자발적 반응인지를 알 수 있는데,

K < 1이면 생성물보다 반응물이 우세.

K = 1 이면 평형에 가까움.

K > 1이면 반응물보다 생성물이 우세.

 

 

 

Q와 K

Q는 초기농도를 말한다. Q > K 면 반응물에 비해 생성물이 많은 것, Q < K 면 생성물에 비해 반응물이 많은 것.

평형이 오른쪽으로 이동한다 == 정반응이 일어난다는 말과 같다. 생성물 < 반응물이면 (Q<K면) 정반응이 일어난다.

평형이 왼쪽으로 이동한다 == 역반응이 일어난다는 말과 같다.

 

자유에너지 (델타 G) : 어떤 변화가 일어날 수 있도록 하는 추진력. 델타 G of 생성물 - 델타 G of 반응물

생성물 < 반응물이면 (= Q<K면, 정반응이 일어날 때면) 생성물 값에서 반응물 값을 뺀 것이 음의 값이므로 델타 G < 0이다. 

평형은 자유에너지가 큰 쪽에서 작은 쪽으로 이동한다.

양측의 자유에너지가 일치하면 평형은 어디로도 이동하지 않고 제자리에 있는다.

델타 G가 0이 되면 평형 상태이다.