[일반화학 정리] 3-5 화학평형

화학평형이란 정반응속도와 역반응속도가 동일한 상태를 말한다.

에너지적으로보면 계의 자유에너지가 최소인 상태를 말하고, △G=0이 되는 상태라 볼 수 있다.

 

1) 평형상수식의 작성

  • \displaystyle\ \frac{Product}{Reactant}
  • 기체는 atm, 용액은 농도(M), 순수한 액체나 고체는 무시한다.
  • 반응식에 +로 연결된 것은 곱으로 변환한다.
  • 반응식의 계수는 지수로 나타낸다.

 

2) 평형상수와 반응지수

  • 임의의 농도로 작성한 평형상수식 : Q(반응지수)
  • 평형조건으로 작성한 평형상수식 : K(평형상수)
  • 평형조건에서 농도로만 작성한 평형상수식 : Kc
  • 평형조건에서 압력으로만 작성한 평형상수식 : Kp
  • 기체상 반응에서 : Kp = Kc*(RT)^△ng (기체분자수변화가 0이면 Kp=Kc이다)

 

3) 평형상수에 영향을 미치는 요인

  • 온도 : 온도가 증가할때 평형상수가 커지면 흡열반응이고, 온도가 증가할떄 평형상수가 작아지면 발열반응이다. (정반응 기준)
  • 반트호프식(평형상수와 온도) : \displaystyle\ lnK = - \frac{\Delta H^{\circ} }{R} ( \frac{1}{T} ) + \frac{\Delta S^{\circ}}{R}
  • 반응식이 n배가 되면, 평형상수는 n제곱배가 된다.

 

4) 평형상수를 이용한 반응의 정성적 예측

K>10^3 : 정반응이 100% 진행되는것으로 가정한다.

K<10^-3 : 역반응이 100% 진행되는것으로 가정한다.

정량적으로는. 이를 통해 화학양론적으로 계산하고 5% rule을 적용한다.

 

5) 반응지수와 평형상수를 통한 반응의 방향 예측

  • Q<K : 정반응이 진행된다
  • Q=K : 평형상태
  • Q>K : 역반응이 진행된다.

 

6) 평형상수와 자유에너지

△G = △Gº + RTlnQ 에 평형조건을 대입하면

△Gº = -RTlnK 라는 식이 나온다.

이를 △G = △Gº + RTlnQ 에 다시 대입하게되면

\displaystyle\ \Delta G = RTln\frac{Q}{K} 

라고 표기 할 수 있다.

즉, Q<K일 때 정반응이 자발적이고 이는 △G<0일 때 라고 연결을 시킬 수 있다.

 

7) 르샤틀리에의 원리

르샤틀리에의 원리는 정성적으로, 평형상태에 외부 자극이 가해졌을 때 반응의 방향을 예측하는 방법이다.

반응계는 변화를 감소시키는 방향으로 반응을 진행시킨다는게 기본 컨셉이고, 이는 부피에 비례한다고 보는것이 합당하다.

즉, 부피가 증가하면 입자수를 증가시키는 방향으로, 부피가 감소하면 입자수를 줄이는 방향으로 반응을 진행시킨다.

첫번째 컨셉은, 반응물을 첨가하거나 생성물을 제거하는 반응일때는 정반응을 진행하게 된다는 점이다.

이는 깨어진 평형을 되돌리려는 노력으로 해석 할 수 있다.

두번째 컨셉은, 용액이 묽혀지는경우 용액의 농도를 증가시키는 반응(입자수 증가 반응)이 일어난다는 점이다.

세번째 컨셉은, 기체의 부피가 증가하게되면 기체 분자수가 증가하는반응이, 감소하게되면 기체 분자수가 감소하는 반응이 일어나게된다.

네번째 컨셉은, 온도가 내려가면 발열반응이, 온도가 증가하면 흡열반응이 일어나게된다.

댓글 남기기