1. 평형 상수 (Equilibrium Constant)
ㅇ 평형 상태 하에서, 반응물과 생성물의 농도 비율 관계를 나타내는, 상수 (농도 비 比)
2. 평형 상수의 특징
ㅇ 평형 상수는, (반응물과 생성물의 농도 비율 관계. 즉, 단위 없는 하나의 숫자)
- 주어진 온도의 평형 상태 하에서, (온도,촉매 등에 의해 평형 상태가 변할 수 있음)
- 반응물의 초기 농도가 다르더라도, (섞여진 양과는 관계없이)
- 항상 일정 상수 값을 갖음 (항상 같은 비율 값을 갖음)
ㅇ 따라서, 서로다른 평형 위치에 있더라도, 평형 농도의 계산이 가능하게 됨
- (평형 위치 : 화학 반응 도중 치우친 위치)
ㅇ 단위가 없는 양(量)(숫자)으로 정해짐
- 반응물,생성물 각각의 농도를, 표준 농도 (1 mol/L)로 나눠줌으로써
ㅇ 평형 상태 하 반응 특징에 따라, 여러 종류가 있을 수 있음
- `산 해리 상수`,`염기 해리 상수`,`용해도 곱 상수`,`착물 형성 상수` 등
3. 평형 상수, 평형 식의 정의
ㅇ 화학반응식 (Chemical Reaction Equation)
[# aA +bB \; \longleftrightarrow \; cC + dD #]
ㅇ 평형식 (Equilibrium Expression) : (위 반응식에 대한 평형 상수 식)
[# Q \; \text{or} \; K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b} #]
* 위 식을, 질량작용법칙(Mass Action Law) 이라고도 함
. 노르웨이의 두 화학자(C.M.Guldenberg,P.Waage)가 1864년에 처음으로 만든 식
4. 평형 상수, 평형 식 내 항목별 설명
ㅇ 평형식 내 분모, 분자
- 분모 : 반응물 몰농도의 곱
- 분자 : 생성물 몰농도의 곱
ㅇ K : 평형 상수 (Equilibrium Constant) (평형 농도 비)
- 평형계 특성을 나타내며, 일정 상수 임
. 평형 상수의 차원(단위)는, 없음 (무 차원)
. 평형 상수의 크기는, 생성물,반응물 간의 에너지 차이 같은, 열역학적 요인에 의해 결정됨
- 만일, K > 1 이면, 정반응이 유리한 경우
. 평형 위치가 오른쪽으로 치우쳐 있음
. 평형 위치에서, 생성물이 더 많음
- 만일, K < 1 이면, 역반응이 유리한 경우
. 평형 위치가 왼쪽으로 치우쳐 있음 (반응 진행 거의 못함)
. 평형 위치에서, 반응물이 더 많음
ㅇ Q : 반응 지수 (Reaction Quotient)
- 고정값인 평형 상수 K와는 달리, 변수값 Q로써 현재의 반응물,생성물 농도 비를 나타냄
. 아직 평형에 이르지 못하거나, 평형을 지나친 상태
- 만일,
. Q = K 이면, 이 계는 평형 상태 하에 있음
. Q < K 이면, 이 계는 반응물이 더 소비되고 생성물이 더 만들어지면서,
.. 평형 상태로 가도록, 반응이 오른쪽으로 이동하게 됨 (정방향)
. Q > K 이면, (역방향)
- 한편, 반응에 따라 달라지는 활동도 비 이기도 함
. 활동도 (Activity) : 기준값 1 M(몰농도)로 나눈 숫자 (단위 없음)
ㅇ 대괄호 [ ]
- 대괄호 속 대문자 : 각 화학종(A,B,C,D)을 표시
- [A],[B],[C],[D] : 각 화학종(A,B,C,D)의 몰농도(용액) 또는 기압(기체) 표현
ㅇ 각 항의 지수값(a,b,c,d) : 균형 화학 반응식에서 각 항의 계수(화학량론 계수) 값임
5. 평형 상수의 표기 관례
ㅇ `용질`의 농도 단위는, [mol/L (M)]
ㅇ `순수 고체,액체 및 용매`의 농도는, 1 이므로 생략 가능
- 순수한 고체,액체는, 반응에 참여하는 물질의 농도에 영향을 받지 않으므로,
. 즉, 수용액에서 물은 생략(제외) 가능
. 결국, 순수한 것일수록, 평형 상수 계산에 포함하지 않음
ㅇ `기체`는, 농도 보다는 기압(bar) 즉, 압력으로 나타냄
[# K_p = \frac{[P_C]^c [P_D]^d}{[P_A]^a [P_B]^b} #]
6. 평형 상수의 활용
ㅇ 반응 방향의 예측
ㅇ 주어진 초기 농도로부터 도달 가능한 평형의 위치
ㅇ 서로다른 평형 위치 하에, 평형 농도의 계산 등