반응 속도식에서 탄생한 평형상수

반응 속도식에서 탄생한 평형상수

 

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▶ 참고: 제15장 화학 평형. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15313 ]

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▶ N2O4의 분해 반응

 

 

 

 

[ 그림 출처 Wikimedia ] An overlay of the same 99.9% pure NO2/N2O4

sealed in an ampoule. From left to right –196℃, 0℃, 23℃, 35℃, 50℃.

 

 

 

Q. 평형에 도달했음을 어떻게 알 수 있을까?

A. 반응 용기 속 기체의 색깔이 더 이상 변하지 않는다.

 

 

 

평형에서,

정반응 속도(rate_f) = 역반응 속도(rate_r)

---> 동적 평형 상태.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/6626 )

 

 

 

 

 

( 참고: 단일단계 반응 https://ywpop.tistory.com/7877 )

 

 

 

평형에서,

rate_f = rate_r 이므로,

k_f[N2O4] = k_f[NO2]^2 ... (4)

 

 

 

평형에서의 농도비를

[생성물] / [반응물] 과 같은 형태로 정리하면,

[NO2]^2 / [N2O4] = k_f / k_r = 상수 ... (5)

 

k_f / k_r 은 상수 나누기 상수 이므로,

계산 결과도 상수.

 

 

 

평형에서,

반응물인 NO2와 실제 농도(농도 값)와

생성물인 N2O2의 실제 농도(농도 값)는 다르다.

 

 

 

그러나,

평형에서,

Δ[반응물]_겉보기 = 0

Δ[생성물]_겉보기 = 0

 

실제 각 농도는 끊임없이 변하고 있으나,

겉보기 농도는 일정한 것처럼 보인다.

( 반응 용기 속 기체의 색깔이 변하지 않는 것으로 봐서... )

 

또한

평형에서,

정반응 속도(rate_f) = 역반응 속도(rate_r)

 

 

 

(5)식으로부터,

평형에서,

[생성물] / [반응물] = 상수 이므로,

이때 상수를 ‘평형 상수’라고 정의하고 (부르자고 약속하고),

평형 상수의 기호는 ‘K’ 또는 ‘K_eq’로 나타내자.

 

 

 

 

[참고]

단일단계 반응의 속도식(속도법칙)에서 반응물의 지수는

균형 맞춘 화학 반응식에서 반응물의 계수와 같다.

 

평형상수식에서 각 물질의 지수는

균형 맞춘 화학 반응식에서 각 물질의 계수와 같다.

 

이 때문에 두 개의 식 모두

즉, 단일단계 반응의 속도식과 평형상수 식은

균형 맞춘 화학 반응식만 주어지면,

이론적으로 식을 작성할 수 있다.

 

 

 

 

[ 이어지는 글 https://ywpop.tistory.com/7136 ] 평형 상수

 

 

 

[키워드] 평형 상수 기준문서, 평형 상수 사전