가역 반응과 비가역 반응#
가역 반응#
가역 반응은 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있는 반응이다.
가역 반응의 예#
- 물의 증발과 수증기의 응축
- 염화 코발트 종이의 색 변화
- 석회 동굴과 종유석, 석순의 생성
비가역 반응#
비가역 반응은 한쪽 방향으로만 거의 진행되는 반응이다.
비가역 반응의 예#
- 연소 반응
- 중화 반응
- 기체 발생 반응
- 앙금 생성 반응
화학 평형#
화학 평형은 가역 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져, 반응물과 생성물의 농도가 일정하게 유지되는 상태이다.
화학 평형의 조건#
- 온도가 일정해야 한다.
- 닫힌계에서 일어나야 한다.
- 정반응과 역반응이 모두 가능한 가역 반응이어야 한다.
물의 증발과 동적 평형#
닫힌 용기 안에 물을 넣으면 처음에는 물이 증발하여 수증기가 된다.
처음에는 수증기의 양이 적으므로 응축 속도는 작다. 시간이 지나면서 수증기의 양이 많아지면 응축 속도는 점점 증가한다.
결국 증발 속도와 응축 속도가 같아지면, 겉보기에는 변화가 없는 것처럼 보인다. 하지만 실제로는 증발과 응축이 계속 일어나고 있다. 이 상태를 동적 평형이라고 한다.
기체 반응에서의 동적 평형#
기체 반응에서도 정반응과 역반응이 모두 일어나는 가역 반응은 동적 평형에 도달할 수 있다.
반응이 진행되면 반응물의 농도는 감소하고 생성물의 농도는 증가한다. 이에 따라 정반응 속도는 점점 감소하고, 역반응 속도는 점점 증가한다.
결국 정반응 속도와 역반응 속도가 같아지면 동적 평형 상태가 된다.
반응 속도에 영향을 주는 요인#
반응 속도에 영향을 주는 대표적인 요인은 다음과 같다.
- 온도
- 반응물의 농도
동적 평형의 특징#
- 동적 평형은 가역 반응에서 나타난다.
- 동적 평형 상태에서 정반응 속도와 역반응 속도는 같다.
- 동적 평형 상태에서도 정반응과 역반응은 계속 일어난다.
- 정반응 속도와 역반응 속도는
보다 크다. - 동적 평형 상태에서는 반응물과 생성물의 농도가 일정하게 유지된다.
- 반응물과 생성물이 일정한 농도로 함께 존재한다.
- 화학 반응식의 계수비는 반응물과 생성물의 농도 변화량의 비와 같다.
몰 농도#
몰 농도는 용액
또는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
화학 평형 법칙#
화학 평형 법칙은 일정한 온도에서 가역 반응이 화학 평형 상태에 도달했을 때, 반응물의 평형 농도와 생성물의 평형 농도 사이에 일정한 관계가 성립한다는 법칙이다.
일반적인 가역 반응을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이때
평형 상수#
평형 상수
여기서
따라서 일정한 온도에서 다음 값은 일정하다.