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평형 상태
가역 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져서 겉보기에는 반응이 정지한 것처럼 보이는 상태를 화학평형 상태라고 한다. 이러한 화학평형은 닫힌계에서만 이뤄지며 반응 물질과 생성 물질이 함께 존재한다. 화학평형 상태에서는 온도나 압력을 변화시키지 않으면 반응 물질의 농도와 생성 물질의 농도가 일정하게 유지된다. 평형 상태는 에너지가 낮아지려는 경향인 엔탈피와 무질서도가 증가하려는 경향인 엔트로피의 경쟁에 의해 결정된다. 예를 들어 얼음이 녹는 과정을 보자. 0℃ 이상에는 엔트로피가 우세해 얼음이 녹는 과정이 자발적이나 0℃ 이하에서는 엔탈피 측면이 우세해 얼음이 녹는 과정이 비자발적이다. 얼음이 녹는 과정에서 엔트로피와 엔탈피는 0℃에서 균형을 이룬다.
화학평형의 법칙
화학 반응에서 어떤 가역 반응이 평형을 이루고 있을 때, 반응 물질의 농도의 곱에 대한 생성 물질의 농도의 곱의 비는 같은 온도에서 항상 일정하다. 이것을 화학평형의 법칙이라 한다. 예를 들어 다음과 같은 가역 반응을 살펴보자.
평형이동의 원리
1884년 프랑스의 화학자 앙리 르샤틀리에는 “평형 상태에 있는 반응계에 어떤 변화가 가해지면 이 변화를 완화시키려는 방향으로 평형이 이동한다”는 평형이동의 법칙을 발표했다. 평형을 이동시키는 조건의 변화에는 농도, 압력, 온도의 변화 등이 있다. 예를 들어 반응물질이나 생성물질의 농도를 크게 하면 반응은 그 물질의 농도를 감소시키려는 방향으로 진행되고, 반대로 농도를 작게 하면 반응은 농도가 증가하려는 방향으로 진행된다. 반응계의 온도를 높이면 반응은 온도가 낮아지려는(흡열 반응) 쪽으로 진행되고, 반대로 온도를 낮추면 반응은 온도가 높아지려는(발열 반응) 쪽으로 진행된다.
반응지수(Q)
온도가 일정할 때 평형 상수식에 평형농도가 아닌 현재의 농도를 대입해 계산한 값을 반응지수(Q)라고 한다. 반응지수와 평형상수의 크기를 비교하면 반응의 진행 방향을 예측할 수 있다. 만일 Q＜K라면 평형에 도달하기 위해서는 Q값이 증가하는 방향으로 반응이 진행해야 하므로 정반응 쪽으로 반응이 진행한다. Q＞K라면 평형에 도달하기 위해서는 역반응 쪽으로 반응이 진행돼야 한다.
가역 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져서 겉보기에는 반응이 정지한 것처럼 보이는 상태를 화학평형 상태라고 한다. 이러한 화학평형은 닫힌계에서만 이뤄지며 반응 물질과 생성 물질이 함께 존재한다. 화학평형 상태에서는 온도나 압력을 변화시키지 않으면 반응 물질의 농도와 생성 물질의 농도가 일정하게 유지된다. 평형 상태는 에너지가 낮아지려는 경향인 엔탈피와 무질서도가 증가하려는 경향인 엔트로피의 경쟁에 의해 결정된다. 예를 들어 얼음이 녹는 과정을 보자. 0℃ 이상에는 엔트로피가 우세해 얼음이 녹는 과정이 자발적이나 0℃ 이하에서는 엔탈피 측면이 우세해 얼음이 녹는 과정이 비자발적이다. 얼음이 녹는 과정에서 엔트로피와 엔탈피는 0℃에서 균형을 이룬다.
화학평형의 법칙
화학 반응에서 어떤 가역 반응이 평형을 이루고 있을 때, 반응 물질의 농도의 곱에 대한 생성 물질의 농도의 곱의 비는 같은 온도에서 항상 일정하다. 이것을 화학평형의 법칙이라 한다. 예를 들어 다음과 같은 가역 반응을 살펴보자.
aA+bB ⇄ cC+dD
화학 반응식의 계수를 농도의 지수로 취한 뒤 생성 물질의 농도 곱을 반응 물질의 농도 곱으로 나눠준 값은 주어진 온도에서 항상 일정하다는 것이 실험적으로 증명됐다. 이 값 K를 평형상수라 한다.
평형이동의 원리
1884년 프랑스의 화학자 앙리 르샤틀리에는 “평형 상태에 있는 반응계에 어떤 변화가 가해지면 이 변화를 완화시키려는 방향으로 평형이 이동한다”는 평형이동의 법칙을 발표했다. 평형을 이동시키는 조건의 변화에는 농도, 압력, 온도의 변화 등이 있다. 예를 들어 반응물질이나 생성물질의 농도를 크게 하면 반응은 그 물질의 농도를 감소시키려는 방향으로 진행되고, 반대로 농도를 작게 하면 반응은 농도가 증가하려는 방향으로 진행된다. 반응계의 온도를 높이면 반응은 온도가 낮아지려는(흡열 반응) 쪽으로 진행되고, 반대로 온도를 낮추면 반응은 온도가 높아지려는(발열 반응) 쪽으로 진행된다.
반응지수(Q)
온도가 일정할 때 평형 상수식에 평형농도가 아닌 현재의 농도를 대입해 계산한 값을 반응지수(Q)라고 한다. 반응지수와 평형상수의 크기를 비교하면 반응의 진행 방향을 예측할 수 있다. 만일 Q＜K라면 평형에 도달하기 위해서는 Q값이 증가하는 방향으로 반응이 진행해야 하므로 정반응 쪽으로 반응이 진행한다. Q＞K라면 평형에 도달하기 위해서는 역반응 쪽으로 반응이 진행돼야 한다.
