소개글
"르샤틀리에의 원리"에 대한 내용입니다.
목차
1. 르샤틀리에 원리
1.1. 정의
1.2. 농도 변화의 영향
1.3. 압력 변화의 영향
1.4. 온도 변화의 영향
2. 화학평형
2.1. 가역반응과 평형
2.2. 평형이동
3. 다이크로뮴산 포타슘의 평형 반응
3.1. 수소이온 농도에 따른 변화
4. 코발트(II)이온 착물
4.1. 온도에 따른 변화
5. 화학실험 리포트
5.1. 실험 목적
5.2. 실험 이론
5.3. 실험 방법
5.4. 실험 결과
5.5. 실험 고찰
6. 일반화학실험
6.1. 실험 목적
6.2. 실험 이론
6.3. 실험 과정
6.4. 실험 결과
7. 참고 문헌
본문내용
1. 르샤틀리에 원리
1.1. 정의
르샤틀리에 원리(Le Chatelier's principle)란 평형 상태의 계에 변화가 가해졌을 때, 평형의 위치가 그 변화를 감소시키려는 방향으로 이동한다는 것이다. 즉, 평형에 있는 화학 반응계에 외부에서 변형을 주면 계는 새로운 평형 위치에 도달하려 하기 때문에 그러한 자극을 부분적으로 상쇄하는 방향으로 조절하게 된다는 것이다. 여기서 "변형"이란 농도, 압력, 부피, 온도와 같은 반응 조건의 변화를 의미한다. 이 원리를 통해 이러한 반응 조건의 변화가 평형 상태에 미치는 영향을 예측할 수 있다.
1.2. 농도 변화의 영향
농도 변화의 영향은 르샤틀리에 원리를 통해 정성적으로 예측할 수 있다. 평형 상태의 계에 반응물 또는 생성물을 첨가하면, 계는 그 첨가된 성분의 농도를 낮추는 방향으로 평형을 이동하게 된다. 이는 계가 그러한 외부 자극을 상쇄하는 방향으로 작용하기 때문이다.
구체적인 예를 들면, N2, H2, NH3 이 평형을 이루고 있는 경우에 N2를 첨가하면 계는 N2를 소비하는 방향, 즉 암모니아 합성 반응이 우세해지는 방향으로 평형이 이동한다. 이에 따라 NH3의 생성량이 증가하게 된다. 반대로 암모니아를 첨가하면 암모니아를 소비하는 방향, 즉 분해 반응이 우세해지는 방향으로 평형이 이동한다.
이처럼 일정한 온도와 압력 조건에서 평형 상태에 있는 반응 계에 반응물 또는 생성물을 첨가하면, 계는 그 변화를 상쇄하는 방향으로 새로운 평형에 도달하게 된다. 따라서 농도 변화를 통해 평형의 이동 방향을 예측할 수 있는 것이다.
1.3. 압력 변화의 영향
압력 변화의 영향은 다음과 같다.
기체 계가 평형 상태에 있을 때 용기의 부피를 줄이면 용기 내 압력이 증가하게 된다. 이때 르샤틀리에 원리에 따르면 계는 압력 증가를 상쇄하려는 방향으로 평형이 이동하게 된다. 구체적으로 기체 분자의 총 수를 감소시켜 압력 증가를 상쇄하려 한다.
예를 들어 2NO2(g) ⇌ N2O4(g)의 평형 반응을 생각해보자. 용기의 부피를 줄여 압력을 증가시키면, 반응 시 기체 분자의 수가 감소하는 방향, 즉 2NO2(g) → N2O4(g) 방향으로 평형이 이동한다. 이에 따라 N2O4의 농도가 증가하고 NO2의 농도가 감소하여 혼합물의 색이 갈색에서 옅은 색으로 변하게 된다.
반대로 용기의 부피를 증가시켜 압력을 낮추면 계는 기체 분자의 수를 증가시키는 방향, 즉 N2O4(g) → 2NO2(g) 방향으로 평형이 이동하게 된다. 이에 따라 N2O4의 농도가 감소하고 NO2의 농도가 증가하여 혼합물의 색이 옅은 색에서 진한 갈색으로 변하게 된다.
이와 같이 압력의 변화에 따라 평형 상태의 계가 새로운 평형 상태로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 이는 르샤틀리에 원리로 설명할 수 있다.
1.4. 온도 변화의 영향
온도 변화의 영향은 르샤틀리에 원리를 이용하여 정성적으로 예측할 수 있다. 일반적으로 기체를 포함하는 계의 온도를 변화시키면 반응의 엔탈피 변화에 따라 평형이 이동하게 된다.
예를 들어 그림 3과 같이 NO2(갈색)와 N2O4(무색) 혼합물이 든 용기(2NO2(g) ↔ N2O4(g))를 각각 100°C(a)와 0°C(b)의 물에 담근 경우를 살펴보면, 100°C에서는 NO2가 많이 존재하여 짙은 적갈색을 나타내고, 0°C에서는 N2O4가 많아 옅은 색을 띠고 있다.
이는 온도를 높이면 역반응인 흡열반응으로 평형이 이동하여 용액이 짙은 색을 띠게 되며, 온도를 낮추면 정반응인 발열반응으로 평형이 이동하여 용액이 옅은 색을 띠게 되기 때문이다. 이처럼 온도를 변화시키면 반응의 엔탈피 변화에 따라 르샤틀리에 원리에 의해 평형이 이동하게 된다.
2. 화학평형
2.1. 가역반응과 평형
가역반응은 정반응과 역반응이 동시에 일...
참고 자료
사이플러스│레이먼드 창의 일반화학(Chemistry, Raymond Chang & Kenneth A.Gold by)
Newton 편집부. 과학용어사전. 뉴턴사이언스, 2015.
Zumdahl, 일반화학. CENGAGE, 2020.
“르샤틀리에 원리.” 지식백과(화학백과). 2020년 10월 31일 접속, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5662755&cid=62802&categoryId=62802
화학교재연구회, 일반화학실험, 사이플러스, 2017, p161~p164
레이먼드 창, 레이먼드 창의 일반화학, 사이플러스, 2020, (p153, p627~p628)
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