14.8: 르 샤틀리에의 원리: 부피(압력) 변화

기체상 평형의 경우 반응물과 생성물의 농도 변화는 부피와 압력의 변화에 따라 발생할 수 있습니다. 이상기체의 분압 P는 몰농도 M에 비례합니다.

따라서 반응물이나 생성물의 분압 변화는 본질적으로 농도 변화입니다. 그러므로 이러한 변화는 평형에 동일한 영향을 미칩니다. 반응물이나 생성물을 추가하거나 제거하는 것 외에도, 기체상 평형에서 화학종의 압력(농도)은 시스템이 차지하는 부피를 변경하여 변경할 수도 있습니다. 기체상 평형의 모든 화학종은 동일한 부피를 차지하므로, 부피의 변화가 발생하면 반응물과 생성물 모두에 대해 동일한 농도 변화가 발생합니다. 이러한 유형의 응력이 어떤 변화를 유발하는지 식별하려면 반응의 화학량론을 고려해야 합니다.

평형 상태에서 반응 N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g)는 반응 지수로 설명됩니다.

이 종의 평형 혼합물이 차지하는 부피가 3배 감소하면 세 종 모두의 분압은 3배 증가합니다.

따라서 이 기상 평형 혼합물의 부피를 변경해도 평형이 이동하지 않습니다.

그러나 다른 시스템인 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 SO3 (g)를 유사하게 처리하면 다른 결과가 나타납니다.

이 경우 부피 변화로 인해 반응 지수가 평형 상수보다 작아지므로 평형이 오른쪽으로 이동합니다.

이러한 결과는 기체상 평형의 화학량론과 부피로 인한 압력(농도) 변화 효과 사이의 관계를 보여줍니다. 첫 번째 예에서와 같이 반응물과 생성물의 총 몰량이 동일하면 부피 변화가 평형을 이동시키지 않습니다. 반응물과 생성물의 몰량이 다른 경우, 부피 변화는 부피 변화를 더 잘 "수용"하는 방향으로 평형을 이동시킵니다. 두 번째 예에서는 3몰의 반응물(SO2 및 O2)이 2몰의 생성물(SO3)을 생성하므로 시스템 부피를 줄이면 정반응이 (3몰) 역반응보다 더 적은 가스(2몰)를 생성하므로 평형이 오른쪽으로 이동합니다. 반대로, 이 평형 시스템의 부피를 늘리면 반응물로 이동하게 됩니다.

이 문서는 다음 링크에서 발췌되었습니다.

이 텍스트는 오픈 탁스, 화학 2e, 섹션 13.3 변속 평형에서 적응되었습니다 : LeChatelier의 원리.

르 샤틀리에의 원리를 사용하여 평형 상태에 있는 시스템이 부피 또는 압력의 변화에 어떻게 반응하는지를 예측할 수 있습니다. 기체의 부피는 압력에 반비례합니다. 따라서 평형 상태에 있는 시스템의 경우 부피가 감소되면 압력이 증가되고 평형이 헝클어집니다.

이에 대응하여 평형 위치가 응력을 최소화하는 방향으로 이동합니다. 이상기체 법칙에 따르면 기체의 압력은 몰 수와 정비례합니다. 따라서 평형 회복에 필요한 이동 방향은 반응 양쪽에 있는 기체 입자의 몰 수에 따라 달라집니다.

기체의 몰이 많아지면 압력이 높아지기 때문에 압력이 증가하면 평형 위치가 몰이 적은 쪽으로 이동하여 압력을 낮춥니다. 마찬가지로, 압력이 감소하면 평형 위치가 기체의 몰 수가 많은 쪽으로 이동합니다. 한 몰의 오염화인 기체가 두 몰의 생성물, 즉 한 몰의 삼염화인과 한 몰의 염소 가스로 분해되는 화학 평형을 생각해 봅시다.

피스톤이 아래로 밀리면 평형 시스템의 부피가 감소하여 압력이 증가합니다. 이렇게 되면 평형이 파괴되고 Q가 K보다 커집니다. 따라서, 평형 위치는 압력을 낮추고 평형을 회복하기 위해 기체 입자의 몰이 더 적은 반응물 쪽으로 이동합니다.

반대로 피스톤을 위로 당기면 부피가 증가하고 압력이 감소합니다. 이 경우 Q는 K보다 작아집니다. 압력을 증가시키기 위해 평형 위치는 기체 몰 수가 많은 생성물 쪽으로 이동하여 평형을 회복합니다.

일정한 부피의 평형 혼합물에 불활성 기체를 추가하여 압력을 증가시키는 경우 기체 상태의 반응물 및 생성물의 부분적인 압력이 변하지 않기 때문에 평형에 영향을 주지 않습니다. 요오드 기체와 염소 기체가 반응하여 요오드 단일 염화물을 생성하는 것과 같은 기체 반응물 및 생성물의 수가 동일한 평형 시스템의 경우 시스템의 부피 변화는 평형성에 영향을 미치지 않습니다.