1 개요
화학에서 다루는 열역학의 법칙 중 하나. 가역반응 그러니까 정반응과 역반응이 동시에 일어날 수 있는 반응[1]에서는, 생성 물질과 반응 물질은 (온도가 변하지 않는 한) 항상 일정한 농도비를 이루어 존재한다는 법칙. 다른 말로 질량 작용의 법칙이라고도 한다. 일정 성분비의 법칙과는 다른 개념. 르 샤틀리에의 원리라는 정성적인 설명을 정량화한 개념이라고 할 수 있다.
반응물의 물질의 활동도(activity)를 각각의 반응식에서의 계수만큼 제곱한 뒤 전부 곱한 것을 분모로 깔고, 우변에 대해서도 같은 일을 수행한 뒤에 분자에 올려 놓으면 이 상수를 구하는 공식이 나온다. 이 상수는 '평형 상수'라고 부르며, 온도에 의존적이다. 이러한 개념은 화학반응의 자유에너지 변화가 0이라는 평형조건을 통해서 간단하게 얻어진다. 여기서 활동도는 기준 푸가시티에 대한 화학종의 푸가시티[math] \left(\displaystyle \frac{f}{f_0}\right) [/math]로 나타나는데, 이것은 이상기체에 대해서는 압력으로 나타낼 수 있으며, 용액의 경우 증기압력이 몰분율[2]에 비례한다는 가정을 통해 몰농도]로 다시 환산시킬 수 있다. 압력비로 얻어진 평형 상수를 [math]K_p[/math], 농도비로 얻어진 평형 상수를 [math]K_c[/math]로 둔다.
2 유도
- [math] aA+bB \rightleftharpoons cC+dD [/math] (이 때, 알파벳 대문자는 해당 반응에 참여하는 원소, 알파벳 소문자는 해당 원소의 계수)인 화학반응에서 반응이 평형 상태에 이르렀을 때의 평형 상수(K)를 구하는 식은 다음과 같다.
| [math] K= [/math] [math] \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} [/math] ([A]는 평형 상태에서의 몰 농도) |
3 기타
여기서 배우는 평형 상수 개념은 일반화학에선 화학 평형, 산과 염기 및 완충 용액과 용해도곱 상수에서 사용하고, 또한 공식과 결부시켜서 자유에너지 및 전기화학에서도 사용한다, 더 간다면 결정장론에서까지 형성 상수 형태로 쓰이는 등 일반화학 후반부는 웬만하면 평형과 연계된다.
화학에서 가장 중요하게 다루는 반응에서 반응의 정도와 반응물·생성물의 안정성을 파악하는 공식인 만큼 화학도라면 반드시 친해져야 할 개념이다.