[화학열역학] 비표준 상태에서의 자유 에너지 & 반응지수와의 관계

비표준 상태의 경우를 봅시다. 비표준 상태에 대한 깁스프리에너지 공식은 다음과 같습니다.

'ΔG=ΔG。+ RTlnQ'

G0는 표준상태에서의 자유 에너지구요. R은 기체 상수입니다. 다만 여기서는 에너지에 대한 단위이므로 8.314J/mol*K입니다. T는 뭐 당연히 절대온도고 Q는 우리가 화학평형 때 배운 반응지수가 맞습니다. 

 

그러면 비표준상태와 표준상태가 같으려면? Q가 1이면 되겠죠? 즉, 반응물의 농도와 생성물의 농도가 같은 시점이면 된다는 겁니다. 아직 잊지 않으셨죠?

 

자, 그럼 위 경우에서 만약 깁스프리에너지가 0이라면? 뭘 의미하는걸까요? 우리가 G>0이면 비자발적, G<0이면 자발적이라고 배웠었습니다. 그러면 G=0은요?

  바로 위 그래프에서 (나)인 경우에 해당합니다. (가) 쪽은 이제 반응물쪽이고, (다) 쪽은 생성물쪽입니다. 

우리는 이러한 G=0 이라는 상황을 통해 끓는점을 유추할수도 있습니다. 왜냐? G=0이라는 것은 화학평형상태이기 때문에 다시 말해서 '상변화'가 진행중인 구간이라고 봐도 되기 때문입니다. 따라서 끓는점 혹은 녹는점에서 G=0으로 두고

부록에 나온 엔트로피,엔탈피 값을 참고하여 끓는점 혹은 녹는점을 유추할 수 있습니다.

 

그러면 봅시다. 만약 Q가 K보다 높다고 한다면 현재 생성물의 농도가 더 크다고 봐도 되겠죠? 그러면 여기서도 르샤틀리에의 원리가 적용되어져서  역반응이 일어날 거입니다.  위 그래프 보세요. (다)에서 (나)로 이동하면  되는거죠?

 

화학반응속도론을 시작으로 지금 우리가 배우는 화학열역학 단원까지, 굉장히 유기적으로 연결되어있습니다.

 

마지막으로 연대 기출에 출제된 적이 있던 개념을 하나만 쓰고 전기화학으로 넘어가겠습니다.

만약 G=0이라면 우리는 ΔG。= - RTlnQ 라고 둘 수 있습니다. 그렇죠? 근데 이걸 선형방정식으로 표현하는게 

가능합니다. 양변을 -RT로 나눠준다음 1/T를 x로 주고 lnQ를 y로 두는 것이죠. 그러면 나머지값은 기울기를 의미하겠죠? 2017학년도에 나온 기출입니다. 어려운 것은 아니지만 여러분들이 혹시 아레니우스식이랑 1차반응식만 선형방정식으로 표현한다고 알고 있을까봐 적어드렸습니다.