발열 반응은 온도를 올렸을 때 평형 상수가 감소하게 되는데 이를 동역학적으로는 어떻게 설명할 수 있나요?

Question

안녕하세요. 반응물보다 생성물의 에너지가 더 낮 은 발열 반응은 온도를 올렸을 때 평형 상수가 감소하게 되는데 이를 동역학적으로는 어떻게 설명할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 반응물보다 생성물의 에너지가 더 낮아지는 발열 반응에서 온도가 올라갈 때 평형 상수 K가 감소하는 현상은 열역학적으로는 르 샤틀리에 원리로 설명할 수 있지만, 이를 동역학적 관점에서 이해할 수도 있습니다. 발열 반응에서는 생성물이 반응물보다 에너지가 낮고, 반응 과정에서 열을 방출하는데요, 이를 열역학적으로 이해해보자면 온도가 올라가면 반응계에 추가적인 열 에너지가 공급되는데 발열 반응에서는 열을 생성물로 방출하므로, 시스템이 추가 열을 흡수하려고 역반응을 촉진하게 되는 것입니다. 결과적으로 정상 상태에서 생성물 농도가 감소하고 평형 상수 K가 감소하게 됩니다.

다음으로 동역학적 관점에서는 반응 속도 상수(k)를 통해 설명할 수 있는데요, 온도가 올라가면 모든 속도 상수가 증가하지만, 활성화 에너지 Ea​가 큰 반응에서 더 크게 증가합니다. 이때 발열반응에서는 역반응의 활성화에너지가 더 크기 때문에 역반응 속도가 전방 반응 속도보다 더 크게 증가합니다. 이로 인해 평형점에서 생성물 농도가 줄어들면서 평형 상수 K가 감소하며 따라서 동역학적으로도 온도가 올라가면 평형이 역반응 쪽으로 이동한다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.