동적평형

요약 화학반응계에서 내부는 미시적으로 움직이고 있는데도 외관상 정지해 있는 것처럼 보이는 경우의 평형상태이다. 즉, 정반응과 역반응의 속도가 같다.

화학반응에서 생성물과 반응물이 일정한 비율로 존재하는 상태를 외부에서 관찰하면 반응이 정지된 것처럼 보인다. 이러한 경우 반응이 평형에 도달하였다고 한다. 이는 실제로 반응이 멈춘 것이 아니라 반응물이 생성물로 전환되는 속도와 생성물이 반응물로 전환되는 속도가 같기 때문이다. 따라서 평형 상태란 정지된 상황이 아니고 정반응과 역반응이 계속 진행되지만 두 반응의 속도가 같기 때문에 그렇게 보이는 것이다. 이러한 것을 동적평형이라고 한다. 열평형·농도평형·불균일평형 등에서도 계 안의 전자·분자와 같은 운동단위는 항상 열운동을 하고 있으므로 이들도 일종의 동적평형이라고 할 수 있다.

농도평형의 예를 들면, 이온성 화합물을 물에 녹이면 처음에는 녹아 들어가다가 어느 수준이 지나면 더 이상 용해되지 않고 녹아 들어 간 양이 일정하게 유지되는 평형 상태에 도달한다. 이 경우도 동적평형으로서 고체가 용해되는 과정과 용해된 화합물이 고체로 석출되는 과정이 동시에 일어나는데, 같은 속도로 발생하므로 외견상으로는 아무런 변화가 없는 것이다. 예를들어 염화 나트륨 수용엑에 ²⁴Na가 포함된 염화 나트륨을 넣으면 가라앉아 있는 고체뿐만아니라 포화 수용액 속에서도 ²⁴Na가 발견된다. 반응이 멈춘 것처럼 보이는 포화수용액에서도 염화 나트륨이 용해되는 반응과 석출되는 반응이 끊임없이 일어남을 알 수 있다.

르 샤틀리에의 원리에 의하면 동적평형을 이루고 있는 반응계에 농도, 온도, 압력 등 반응조건을 변화시키면 반응계는 가능한 한 이 변화의 영향을 감소시킬 수 있는 방향으로 평형을 이동시킨다. 예를 들어, 반응물이나 생성물 중 어느 하나의 농도를 증가시키면 평형은 해당 물질의 농도를 감소시키는 방향으로 이동한다. 발열반응의 경우, 온도를 높이면 평형은 반대로 흡열반응 쪽으로 이동한다. 또한 기체 상태의 반응물이나 생성물이 관여하는 반응에서 해당 기체의 압력을 증가시키면 평형은 압력을 감소시키려는 방향으로 이동한다.