[화학평형] 르 샤틀리에의 원리 (Le Chatelier Principle)

르 샤틀리에의 원리는 화학평형에 교란을 주는 요인들에 대해 각각 설명한뒤, 새로운 평형을 찾아가기 위해 일종의 

방어기제(?)를 취한다는 원리입니다.  그렇다면 화학평형에 교란을 주는 요인들은 무엇이 있는지 한번 보도록 합시다.

 

1. 농도

- 기존의 화학평형에 있어서  농도의 변화가 일어난다면? 어떻게 될까요? 네. 화학평형상수 값은 그대로입니다. 화학평형상수값에 변화를 줄 수 있는 것은 오직 '온도' 뿐입니다.  농도의 변화는 평형상수 값을 유지하기 위해 정반응 혹은 역반응을 활성화 시키곤 합니다. 반응식을 봅시다.

그러면 이렇게 정리할 수 있습니다. 반응물 쪽의 농도가 증가하면  정반응이 활성화 된다.  반대로 생성물 쪽의 농도가 증가하면 역반응이 활성화 된다.  이게 르 샤틀리에 원리의 첫 개념입니다.

 

2. 부분압과 부피

이 부분 조금 헷갈려하는 분들이 많았습니다. 물론 저도 헷갈려했었습니다. 그래도 확실히 정리되었으니 포스팅합니당

위와 마찬가지로 A를 반응물, B를 생성물이라고 합시다.  A는 기체고 B는 액체라고 했을 때, 이 둘은 밀폐된 용기에 같이 담겨 있습니다. 이 때, 부피와 압력에 변화를 줌으로써 정반응&역반응의 결과를 관찰하고자 합니다.

 

Case 1) A의 부분압력이 커진다면?

그 결과는 정반응이 활성화되게 됩니다. 기체의 압력이 커지면 얘네가 결국 갈 곳은 액체입니다. 밀폐된 용기였으니까요.

이 말뜻은 뭐와 동치냐면요, 부분압력의 증가가  즉, 부피의 감소와도 같다는 말이 됩니다.  

기체의 압력이 증가하면! 기체의 부피가 감소!  직관적으로 생각하면 당연한 말이죠?

 

Case 2) A의 부분압력이 작아진다면?

당연히 Case1과 반대의 경우이니까, 역반응이 일어나겠죠? 부분압력이 작아진다 = 부피가 커진다. 라는 동치이므로 어렵지 않으리라 생각됩니다.  그래도 이제 한 눈에 볼 수 있게 표로 딱 정리하고 우리 이제 두번다시 까먹지 맙시다.

반응물의 부분압력 증가 & 부피 감소	반응물의 부분압력 감소 & 부피 증가
반응물 -> 생성물로 가는 정반응이 활성화된다.	반응물 <- 생성물로 가는 역반응이 활성화된다.

하나만 더 언급하고 다른 요인으로 넘어가겠습니다. 

 

제가 왜 굳이 '부분압력' 이라고 강조했을까요? 그 이유는 반응물과 생성물이 아닌 제 3의 물질이 용기에 투입되면 전체의 압력은 증가하게 됩니다. 그렇지만 그 제 3의물질이 화학평형에 교란을 일으키느냐? 그건 아닙니다. 즉, 반응에 관여하는 물질의 압력만이 평형에 교란을 일으킵니다. 그렇기 때문에 제가 부분압력이라고 강조한 것입니다.

 

3. 온도

온도. 얘 중요합니다. 온도는 화학평형의 위치를 바꿀 뿐만 아니라 새로운 평형상수값을 만들기도 합니다. 

이것도 표를 통해 한눈에 알아보도록 할게요.

여백의 미	온도 증가	온도 감소
발열 반응	역반응이 활성화 된다.	정반응이 활성화 된다.
흡열 반응	정반응이 활성화 된다.	역반응이 활성화 된다.

왜 이런지 아시나요? 발열 반응은요. 반응물 -> 생성물로 갈 때, 열을 빼앗깁니다. 그러니까 등호가 성립하려면

'반응물 = 생성물 + 열' 이렇게 되야 한다는 의미입니다.  어라? 그러면 반응물이 잃어버린 열을 다시 채워주는 방향으로 가야겠네요? 그렇기 때문에 발열반응일 때. 온도가 증가하면. 역반응이 활성화됩니다. 왜? 반응물에 열을 채워준다는 의미로 생각해야하니까.

그래도 이해가 안된다! 그러면 '발온증역' 이라고 외웁시다. 발열반응일 때, 온도가 증가하면 역반응이다.

흡열반응일 때는 온도가 증가하면 정반응이 활성화된다. '흡온증정' 

 

 

* 촉매의 경우 은근 틀리시는 분들이 있습니다. 촉매는 화학평형상수값에 그 어떠한 영향도 미치지 않습니다. 그저 촉매는 활성화에너지를 낮춰서 반응속도를 빠르게 올리고자 하는 역할일뿐 평형상수에는 일절 관여하지 않습니다.