화학 평형 및 평형 법칙

가역 및 비가역 반응

화학 반응 과정을 고려하여 일반적으로 가역 반응과 비가역 반응으로 구분할 수 있습니다. 그러나 실제로 100%비가역 반응은 없으며 특정 그룹에 대한 자격은 우세한 최종 효과를 기반으로 한다는 점을 기억해야 합니다.

돌이킬 수 없는 반응

이 경우 시스템의 기판이 반응하여 특정 제품이 생성됩니다. 그러나 제품이 기판으로 변환되는 역변환은 없습니다. 공식에서 반응물 사이에 단일 화살표가 표시되어 있으며 화살표는 생성물을 향하고 있습니다. 비가역 반응은 주로 침전물이 형성되는 모든 반응입니다. 실제로는 물에 녹지 않으며 재구성할 수 없습니다. 공정의 가역성은 개방형 시스템, 즉 비이커 또는 구형 플라스크에서 발생하는 반응의 경우에도 달성하기 어렵습니다. 여기서 결과 생성물 중 하나(예: 이산화탄소)는 조건을 변경하여 자유롭게 빠져나갈 수 있습니다. 즉 반응을 폐쇄계로 옮겨서 가역적으로 만들 수 있습니다. 비가역 반응 그룹에는 생성물 분자 사이의 상호 작용이 기질 사이보다 훨씬 적은 정도로 일어나는 모든 공정도 포함됩니다. 따라서 이러한 공정은 양방향으로 발생하지만 기질의 재구성이 무시할 수 있다는 사실로 인해 실제로는 비가역 반응으로 분류됩니다.

가역 반응

이것은 생성물이 기질로부터 형성되는 반응이며, 동시에 반대 과정이 비슷한 강도로 발생합니다. 즉, 생성물로부터 기질이 재구성됩니다. 반응식에서 두 개의 화살표는 반응물 사이에 배치되며 화살표는 반대 방향을 가리키며 발생하는 반응의 가역성을 나타냅니다. 가역 반응은 주로 닫힌 시스템에서 수행되는 반응입니다. 기질과 생성물의 분자는 반응 환경을 떠나지 못하고 서로 충돌하여 생성물을 생성하고 기질을 재구성합니다. 이러한 반응의 예는 요오드와 수소로부터 요오드화수소를 생성하는 것입니다.

화학 평형 상태

특정 반응이 일어날 수 있는지 또는 가역적인지 또는 비가역적인지 여부는 주로 특정 공정 조건 및 공정 유형에 따라 달라집니다. 가역 반응이 일어나는 경우, 즉 화학 반응의 결과로 기질이 생성물로 변하고 동시에 생성물 분자의 충돌의 결과로 기질이 재생산되며, 이러한 반응이 일어나는 특정 시점에서, 화학 평형 상태가 성립됩니다 . 즉, 시스템의 기질과 생성물의 농도는 일정한 수준이며 지속적인 반응에도 불구하고 양은 변하지 않습니다. 화학 평형 상태에서 두 방향의 반응 속도는 동일합니다. 특정 조건 하에서 화학 평형은 특정 시스템에 대해 가장 안정적인 상태를 의미합니다. 에너지 요구 사항은 매우 낮습니다. 화학 평형 상수 K는 두 가역 반응의 평형을 설명하는 계수입니다. 이것은 화학적 평형 상태에서 측정된 화학양론적 계수에 해당하는 거듭제곱으로 증가된 생성물 및 기질의 농도의 몫으로 정의됩니다. 상수에 대한 공식은 1864년 소위 대량 작용의 법칙으로 도출되었습니다. 이것은 특정 반응에 대한 특성 값임을 기억해야 합니다. 여러 요인이 화학 평형 상태에 영향을 미칩니다. 다음은 그 중 일부입니다.

• 온도,
• 반응 시스템의 부피,
• 압력,
• 반응물의 농도.

중요한 것은 평형 상태의 위치가 반응 촉매의 첨가나 변화에 영향을 받지 않는다는 것입니다. 그 임무는 평형에 도달하는 시간을 단축하는 것뿐입니다.

르 샤틀리에의 원리(균형 법칙)

특정 반응 조건을 변경하여 평형에 영향을 줄 수 있습니다. 시스템은 항상 균형을 유지하기 위해 노력할 것입니다. 에너지적으로 유리하기 때문입니다(최저 에너지 소비). 결과적으로 시스템의 균형을 깨뜨리는 요인에 대응하는 변화가 있을 것입니다. 이 현상은 1881년에 설명되었으며 오늘날 Le Chatelier-Braun의 원리 또는 평형 법칙으로 알려져 있습니다. 화학 평형 상태에 있는 반응 조건의 변화에 대한 시스템의 반응을 이해할 수 있습니다. 반응 물질 중 하나를 시스템에 추가하면 평형 상태가 교란됩니다. 개별 반응물의 농도가 변경됩니다. 따라서 이에 대응하기 위해 시스템은 더 많은 제품을 생산하거나(기질이 추가된 경우) 기질을 재구성하는 경향이 있습니다(일정량의 제품이 추가된 경우). 반응 온도를 변경하면 특히 흡열 및 발열 공정에 큰 영향을 미칩니다. 전자의 경우 열의 형태로 시스템에 에너지를 공급해야 하므로 전체 공정의 온도를 높이면 평형이 오른쪽으로(왼쪽으로 낮아짐) 이동하여 더 많은 제품을 형성하게 됩니다. . 제품 중 하나가 열인 발열 반응의 경우는 반대입니다. 온도는 열 효과가 관찰되지 않는 반응의 평형에 영향을 미치지 않습니다. 기상에서 일어나는 반응의 경우 압력은 매우 중요한 측면입니다. 이 매개변수의 값을 높이면, 즉 시스템의 반응 부피를 줄이면 반응 평형이 이동하게 됩니다. 변화의 방향은 반응식의 화학양론적 계수에 따라 다릅니다. 이 매개변수는 기체 기질과 생성물의 화학양론적 계수의 합이 동일한 반응의 화학적 평형에 영향을 미치지 않습니다. 시스템이 화학 평형에서 벗어나면 평형 법칙이 적용되고 결과적으로 새로운 평형 상태에 도달한다는 점을 기억할 가치가 있습니다.