Chapter 15. 화학평형 (Chemical Equilibrium)_Intro.

Chapter 15는 화학 평형과 관련된 것이다. 수학적으로 보면, A항과 B항이 서로 맞춰야 하는 내용이고, 경영학적 (회계 관점)으로 보면, 차변과 대변의 일치를 말한다. 수학의 개념에서 A항과 B항의 불일치가 발생할 때는 "등호" 기호에서 "부등호"기호로 변하게 되는데, 이것을 화학적으로 보면 반응물과 생성물 관계로 볼 수 있다. 즉, 반응물과 생성물 관계에서 반응물 방향과 생성물 방향으로 볼 수 있는데, 이것을 다른 말로 정반응과 역반응이라고 생각하면 된다. 여기서, 평형이라는 용어는 정반응과 역반응과의 속도가 같아지는 상태를 말한다. 정리하면, 화학평형은 정반응과 역반응 (화학반응)과의 속도 (반응속도)가 같아지는 상태를 말한다. 이에 대해 하나씩 알아보자.

특징

1. 정반응 속도 = 역반응 속도

반응은 계속되지만, 농도 변화는 없음

2. 농도는 일정하지만 같지는 않음

반응물과 생성물의 농도가 같다는 의미가 아니다.

3. 동적 평형 (Dynamic Equilibrium)

겉보기에는 변화가 없지만, 미시적으로 반응이 계속 일어나고 있는 상태

예시

 

 

• K값은 특정 온도에서 평형 상태의 농도로 정의돼
• K > 1 : 생성물 쪽이 많다 → 정반응이 우세
• K < 1 : 반응물 쪽이 많다 → 역반응이 우세

르 샤틀리에의 원리 (Le Chatelier's Principle)

"평형 상태에 어떤 변화(스트레스)를 주면, 시스템은 이를 상쇄하려는 방향으로 이동한다.”

• 농도 변화 → 평형 이동
• 압력 변화 (기체 반응) → 몰 수가 적은 쪽으로 이동
• 온도 변화 → 발열/흡열 반응에 따라 평형 이동

산-염기 평형 (Acid-Base Equilibrium)

브뢴스테드-로우리 이론

 

• 산(Acid): 수소 이온(H⁺)을 주는 물질
• 염기(Base): 수소 이온(H⁺)을 받는 물질

예시 :

 

• 아세트산이 물에서 H⁺를 내놓으며 평형 상태 형성
• 약산(weak acid)의 경우, 평형은 좌우 양쪽에 농도 차이 존재

평형상수 (Ka)

 

• Ka 값이 클수록 강한 산 (→ 더 많이 해리됨)
• Ka 값이 작을수록 약한 산

pH와의 관계

 

• pKa가 낮을수록 강한 산
• 산-염기 평형에서 pH 변화를 통해 평형 이동도 일어날 수 있음

출처: Journal of Chemical Education 76(4), 1999, 554

 

위의 화학 평형과 관련해서는 시험문제도 종종 출제되기도 하는 부분이다. 더욱이, 분석화학 시간에는 조금 더 세세하게 다루게 될 부분이기도 하다. 그러니,지금의 간단한 용어 및 내용등을 숙지하면 좋을 것으로 생각된다. 다음 글에서는 다시 Chapter 15를 Section 별로 정리를 다시 하겠다.