동적 평형

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용액 속 입자와 위아래 화살표로 표현한 동적 평형 아이콘

정반응과 역반응이 같은 속도로 일어나는 동적 평형, 물질의 질량이 일정한 상태와 온도, 압력, 농도에 따른 가역 반응 및 상평형을 설명합니다.
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몰 분율과 부분 압력 법칙을 나타내는 분자 그림과 P=P₁+P₂ 수식 아이콘 다양한 산과 염기를 상징하는 분자 모형과 화살표 아이콘 증기 압력을 나타내는 온도계와 압력계 아이콘

정반응과 역반응

정반응은 반응물이 생성물로 되는 반응이고,
역반응은 생성물이 반응물로 되는 반응이다.

가역 반응과 비가역 반응

가역 반응은 반응 조건(온도, 압력, 농도 등)에 따라 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있는 반응이고,
비가역 반응은 역반응이 거의 일어나지 않는 반응이다.
가역 반응의 화학 반응식에서는 화살표는 →\rightarrow 대신 ⇌\rightleftharpoons를 사용한다.

가역 반응과 비가역 반응 예시

∘\circ 가역 반응 예시:

물을 냉동실에 넣으면 얼음이 되지만 방 안에 놓으면 다시 녹아 물이 된다.


∘\circ 비가역 반응 예시:

메테인(CH4)(\mathrm{CH_{4}})을 태우면 이산화 탄소와 물이 생성되지만,
이산화 탄소와 물로 다시 메테인과 산소를 생성하는 반응은 거의 일어나지 않는다.

$\mathrm{CH_{4}}(g) + 2\mathrm{O_{2}}(g) \rightarrow \mathrm{CO_{2}}(g) + 2\mathrm{H_{2}O}(l)$

동적 평형

겉보기에는 반응이 일어나지 않는 것처럼 보이지만, 정반응과 역반응이 같은 속도로 일어나는 상태이다.
동적 평형 상태에서 평형을 이루는 각 물질의 질량은 일정하다.

동적 평형에서 22가지 이상의 상태가 공존할 때는 상평형이라고도 한다.

동적 평형 예시

∘\circ 밀폐된 진공 용기 안에 충분한 양의 H2O(l)\mathrm{H_{2}O}(l)를 넣은 경우:

초기에는 H2O(l)\mathrm{H_{2}O}(l)의 증발 속도가 응축 속도보다 크지만
시간이 지나면서 응축 속도가 점점 커져 증발 속도와 같아지는 동적 평형 상태에 도달한다.

$\mathrm{H_{2}O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{H_{2}O}(g)$


액체 물의 증발·응축 속도 비교와 동적 평형 상태를 나타낸 그림

∘\circ 밀폐된 진공 용기 안에 충분한 양의 드라이아이스(CO2(s))(\mathrm{CO_{2}}(s))를 넣은 경우:

초기에는 CO2(s)\mathrm{CO_{2}}(s)가 CO2(g)\mathrm{CO_{2}}(g)로 승화되는 속도가 CO2(g)\mathrm{CO_{2}}(g)가 CO2(s)\mathrm{CO_{2}}(s)로 승화되는 속도보다 크지만
시간이 지나면서 CO2(g)\mathrm{CO_{2}}(g)가 CO2(s)\mathrm{CO_{2}}(s)로 승화되는 속도가 점점 커져 두 승화 속도가 같아지는 동적 평형 상태에 도달한다.

$\mathrm{CO_{2}}(s) \rightleftharpoons \mathrm{CO_{2}}(g)$


진공 용기 속 CO₂ 고체의 승화와 동적 평형 상태 비교 그림

시뮬레이션


적용 문항

1번 문항


밀폐 용기에서 물의 증발·응축 속도와 동적 평형을 묻는 화학 문항

2번 문항


이산화 탄소의 동적 평형과 시간별 질량 변화를 묻는 화학 문항