14.3
르 샤틀리에의 원리: 집중력의 변화
평형 상태의 시스템은 동적 균형 상태에 있으며 정방향 반응과 역방향 반응이 동일한 속도로 발생합니다. 평형 시스템이 이러한 반응 속도에 다르게 영향을 미치는 조건의 변화(응력)를 받으면 속도는 더 이상 동일하지 않으며 시스템은 평형 상태에 있지 않습니다. 이후 시스템은…
정반응 속도가 역반응 속도와 같을 때 시스템은 동적 평형 상태로 됩니다. 반응은 여전히 양방향으로 진행되지만 반응물과 생성물의 순 농도는 일정하게 유지됩니다. 이 시점에서 예를 들어 분자 A를 추가하거나 분자 C를 제거하여 반응물이나 생성물의 농도가 변하면 평형이 흐트러집니다.
이러한 변화는 시스템에 부담으로 됩니다. 르 샤틀리에의 원리에 따르면 평형 상태에 있는 시스템에 농도 변화, 부피나 압력의 변화, 온도 변화가 있을 때, 평형 위치는 변화를 최소화하고 평형을 회복하기 위한 방향으로 움직입니다. 농도 변화에 대한 시스템의 반응을 이해하려면 연결된 두 개의 물 탱크 A와 B를 생각해보십시오.
처음에는 두 탱크의 수위가 같으며 시스템이 평형 상태에 있습니다. 그런 다음 탱크 B에 물을 첨가합니다. 이렇게 되면 탱크 B의 수면이 상승하고 평형이 파괴됩니다.
이 응력을 상쇄하기 위해 물의 일부가 탱크 A로 흘러들어 평형을 회복합니다. 반대로 탱크 B에서 물을 빠져나가면 수위가 낮아지는 것도 응력을 유발합니다 따라서 탱크 A의 물이 탱크 B로 흘러들어 평형을 회복합니다. 평형 상태에 있는 시스템의 경우 반응 지수는 평형 상수와 같습니다.
평형 혼합물에 더 많은 반응물을 추가하면 Q가 감소합니다. 르 샤틀리에의 원리에 따르면 시스템은 첨가된 반응물을 소모하고 평형을 다시 설정하기 위해 생성물 쪽으로 평형 위치를 이동함으로써 이러한 응력을 최소화합니다. 마찬가지로, 평형 혼합물에서 생성물을 제거하면 평형을 회복하기 위해 유사한 반응이 진행될 수 있습니다.
반면 더 많은 생성물을 추가하면 Q가 증가합니다. 따라서, 평형 위치는 첨가된 생성물을 소모하고 평형을 회복하기 위해 반응물 쪽으로 이동합니다. 농도의 변화에 평형 위치는 K의 값을 변경하지 않고 이동됩니다.
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Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.