7. 르 샤틀리에 원리 (평형 이동의 법칙)

🧪 르 샤틀리에 원리 (평형 이동의 법칙)

핵심 내용: 농도, 압력(부피), 온도 변화가 평형에 미치는 영향.

평형 상태에 있는 화학 반응계에 농도, 압력, 온도 등의 변화(스트레스)를 주면, 그 변화를 상쇄(줄이려는)시키는 방향으로 평형이 이동하여 새로운 평형 상태에 도달한다.

쉽게 말해, "외부에서 A를 하면, 시스템은 반대로 B를 해서 원래대로 돌아가려 한다"는 것이다.

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1. 농도의 변화

물질을 더 넣거나 빼면, 그 농도 변화를 없애는 쪽으로 움직인다.

• 반응물 첨가: 반응물이 많아졌다 $\rightarrow$ 반응물을 없애야 한다 $\rightarrow$ 정반응 진행 (오른쪽으로 이동)
• 생성물 제거: 생성물이 줄어들었다 $\rightarrow$ 생성물을 보충해야 한다 $\rightarrow$ 정반응 진행
• 생성물 첨가: 생성물이 너무 많다 $\rightarrow$ 생성물을 줄여야 한다 $\rightarrow$ 역반응 진행 (왼쪽으로 이동)

💡 실생활 예시:
수도꼭지를 틀어 물탱크(반응물)에 물을 더 부으면, 수위가 높아지면서 배수구(생성물) 쪽으로 물이 더 세게 흘러가는 것과 같다.

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2. 압력의 변화 (기체 반응)

압력은 기체 분자 수(몰수)와 직결된다. (고체, 액체는 무시!)

• 압력 증가 (부피 감소):
  • 공간이 좁아져서 빽빽해졌다. $\rightarrow$ 입자 수를 줄여서 덜 붐비게 하고 싶다.
  • 기체 몰수(계수 합)가 감소하는 방향으로 이동.
• 압력 감소 (부피 증가):
  • 공간이 널널해졌다. $\rightarrow$ 입자 수를 늘려서 채우고 싶다.
  • 기체 몰수(계수 합)가 증가하는 방향으로 이동.

⚠️ 주의: 반응물과 생성물의 기체 몰수 합이 같으면($H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI$ 처럼 $1+1=2$), 압력을 바꿔도 평형은 이동하지 않는다.

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3. 온도의 변화 (가장 중요)

유일하게 평형 상수($K$) 값 자체를 바꾸는 요인이다.
열(Heat)을 하나의 '물질'처럼 생각하면 아주 쉽다.

① 발열 반응 ($A \rightarrow B + \text{열}$)

• 온도 높임: 열이 너무 많아졌다. $\rightarrow$ 열을 식혀야 한다(흡수). $\rightarrow$ 역반응 (흡열 방향)
  • 결과: $K$값 감소.
• 온도 낮춤: 너무 춥다. $\rightarrow$ 열을 만들어야 한다. $\rightarrow$ 정반응 (발열 방향)
  • 결과: $K$값 증가.

② 흡열 반응 ($A + \text{열} \rightarrow B$)

• 온도 높임: 열을 공급해줬다. $\rightarrow$ 열을 소비하며 간다. $\rightarrow$ 정반응 (흡열 방향)
  • 결과: $K$값 증가.

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4. 평형을 이동시키지 못하는 것들 (함정 카드)

시험 문제에서 "평형은 어느 쪽으로 이동하는가?"라고 물었을 때, "이동하지 않음"이 정답인 경우들이다.

1. 촉매 (Catalyst):
   • 정반응과 역반응 속도를 똑같이 빠르게 해줄 뿐이다.
   • 평형 도달 시간만 단축될 뿐, 평형 위치는 안 바뀐다.
2. 고체($s$)나 액체($l$)의 첨가:
   • 농도(밀도)가 일정하므로 평형에 영향을 주지 않는다. (탄산칼슘 $CaCO_3(s)$을 아무리 더 넣어도 평형은 그대로다.)
3. 비활성 기체(He, Ne 등) 주입:
   • 부피가 일정할 때: 전체 압력은 커지지만, 반응에 참여하는 기체들의 부분 압력은 변하지 않으므로 이동하지 않는다.
   • (단, 압력이 일정하도록 피스톤을 움직이게 두면 부피가 커지는 효과가 나서 이동한다. - 심화)

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5. 핵심 요약표

외부 변화 (스트레스)	시스템의 대응 (이동 방향)	K값 변화
농도 증가	농도를 감소시키는 방향	불변
압력 증가 (부피 감소)	기체 몰수가 적은 쪽	불변
압력 감소 (부피 증가)	기체 몰수가 많은 쪽	불변
온도 증가	열을 흡수하는 흡열 반응 쪽	변함
촉매 사용	이동 없음 (속도만 빨라짐)	불변