평형 상수

 화학 반응이 어느 정도 진행되면 더이상 아무 변화가 안 일어나는 것처럼 보인다. 그러나 눈으로 볼 때만 반응이 더이상 진행되지 않는 것처럼 보이는 것이지, 실제로는 정반응과 역반응이 활발하게 진행되고 있다. 단지, 정반응과 역반응의 속도가 같은 것일 뿐이다.

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평형 상태, 평형 상수
 무색의 와 갈색의  기체가 있는 계를 생각해보자.

그 계에서는 위와 같은 반응이 진행된다.

[그림 1. 와 의 반응]

밀폐된 플라스크에 를 넣고 200도를 유지하면 위의 그림과 같은 변화가 일어나기 시작한다. 액체는 21도에서 기화하고 무색의 기체는 점점 연한 갈색기체로 바뀌기 시작한다. 그러다가 점점 진해지다가 색의 변화가 멈춘다.
그러나 분자 수준에서 보면 와 는 계속해서 생겨나고 사라진다. 즉 정반응과 역반응이 활발히 일어난다. 하지만 정반응과 역반응의 속도가 같아서, 반응물과 생성물의 농도변화가 정지된다.

 평형 상태에서는 정반응 속도 = 역반응 속도

평형 상태에서 정반응과 역반응의 속도가 같으므로 반응 속도식을 다음과 같이 쓸 수 있다.

 

속도 상수의 비를 농도의 비로 바꾸어 쓰면,

 

가 된다.
이러한 상수의 비를 평형 상수(eqilibrium constant, K)라 한다.

 

이것을 일반적으로 다음과 같은 반응에서,

 

평형 상수는,

가 된다.

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질산철 용액(III)() 용액과 싸이오사이안산 칼륨()용액을 섞으면 붉은색의 착이온인 이 생성된다.

 

이 반응의 평형 상수는 다음과 같이 된다.

 

 

 넣어준 와 의 농도가 각각 a,b이고 평형에 도달했을 때 의 농도가 x인 것을 표로 정리하면 다음과 같다.

넣어준 농도	a	b	0
반응된 농도	-x	-x	x
완결된 농도	a-x	b-x	x

따라서, 평형 상수는 다음과 같이 표현된다.

 

K를 알면 x의 값도 알게 되기 때문에 다른 실험을 통해 K를 구하고, 모르는 특정 농도(a,b)에서 반응이 얼마나 진행되는지 알 수 있게 된다.