학문

가역 반응에서 정 반응속도와 역 반응 속도에 대해 여쭤 봅니다.

가역 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져 겉보기 변화가 없는 평형 상태에 도달했을 때 생성물과 반응물의 농도 비인 평형 상수 K가 오직 온도에 의해서만 변하는 이유가 흡열·발열 반응 엔탈피와 관련이 있는지 궁금합니다.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

    평형 상수 K가 오직 온도에 의해서만 변하는 이유는 반응 엔탈피의 차이로 인해 정반응과 역반응의 활성화 에너지가 서로 다르기 때문입니다. 평형 상수 K는 정반응 속도 상수와 역반응 속도 상수의 비로 정의되며, 속도 상수는 온도와 활성화 에너지의 영향을 받는데, 정반응과 역반응의 활성화 에너지 차이가 바로 반응 엔탈피입니다.

    흡열 반응에서는 정반응의 활성화 에너지가 역반응보다 큽니다. 온도가 올라가면 활성화 에너지가 더 큰 정반응 속도 상수가 역반응보다 가파르게 증가하므로 K 값이 커집니다. 반대로 발열 반응에서는 역반응의 활성화 에너지가 더 크므로, 온도가 오를 때 역반응 속도 상수가 더 크게 증가하여 K 값이 작아집니다. 이는 열역학적 반트 호프 방정식을 통해서도 명확히 증명됩니다.

    반면 농도나 압력 변화는 분자의 고유한 활성화 에너지를 바꾸지 못하므로 속도 상수에 영향을 주지 못합니다. 따라서 계는 르샤틀리에 원리에 따라 스스로 반응물과 생성물의 농도를 재조정하여 고정된 K 값을 유지하게 됩니다.

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