지식나눔

평형상태 계산에 관하여

안녕하세요 코젠 회원님들,

reference 자료로 특정 반응에 대하여 평형상태에서의 conversion 값 등을 사용하려고 합니다. 

1) 그래서 보통 화학 반응의 평형상태 계산을 하실 때 어떤 방식을 사용하는지 궁금합니다.
저는 NASA에서 제공하는 CEA(chemical equilibrium with application)이라는 프로그램을 사용하고 있는데요, 이 프로그램을 사용하여 특정 온도, 압력에서 반응을 시켰을 때 생성물로 어떤 물질이 얼만큼 나오는지를 계산하고 있습니다. CEA 프로그램 이외의 평형상태를 계산하는 방법이 있다면 알고싶습니다. 

2) 또한 제가 평형상태에서의 conversion값을 실험값과 비교를 해보았는데, 경향이 많이 달라서 제 실험이 평형상태에 아직 도달하지 못했을 가능성을 고려하고 있습니다. 
혹시 특정 반응이 평형상태에 도달할 때까지의, 시간별로 반응 생성물의 mole fraction이나 농도 등을 계산할 수 있는 방법이 있다면 알고 싶습니다. 
  • 평형상태
  • 계산
  • 시간별
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답변 1
  • 답변

    이평강님의 답변

    2번 질문에만 첨언을 하자면,
    평형 상태에서의 계산 값과 실험 값이 다른 이유는 예상하신대로 평형 상태에 도달하지 못했기 때문일 것입니다. (계산 값이 맞다는 가정 하에) 특정 반응이 평형상태에 도달하는 시간은 각 반응마다 천차만별입니다. 따라서 계산할 수 없습니다. 예를 들어 과산화수소가 물과 산소로 해리되는 반응은 상온, 상압에서 쉽게 일어나서 시간에 따른 반응 생성물의 몰 분율 계산이 어느 정도 가능할 것입니다. 하지만 어떤 화학 반응은 자유 에너지 값만 보면 분명 반응이 일어나야 하는데 활성화 에너지가 높아서 반응이 쉽게 일어날 수 없는 경우가 있습니다. 이럴 경우 무한 대의 시간이 필요할 수도 있습니다. 이러한 활성화 에너지를 낮출 수 있는 것이 촉매이며, 촉매 존재 시에는 반응이 잘 일어날 수도 있습니다.
    2번 질문에만 첨언을 하자면,
    평형 상태에서의 계산 값과 실험 값이 다른 이유는 예상하신대로 평형 상태에 도달하지 못했기 때문일 것입니다. (계산 값이 맞다는 가정 하에) 특정 반응이 평형상태에 도달하는 시간은 각 반응마다 천차만별입니다. 따라서 계산할 수 없습니다. 예를 들어 과산화수소가 물과 산소로 해리되는 반응은 상온, 상압에서 쉽게 일어나서 시간에 따른 반응 생성물의 몰 분율 계산이 어느 정도 가능할 것입니다. 하지만 어떤 화학 반응은 자유 에너지 값만 보면 분명 반응이 일어나야 하는데 활성화 에너지가 높아서 반응이 쉽게 일어날 수 없는 경우가 있습니다. 이럴 경우 무한 대의 시간이 필요할 수도 있습니다. 이러한 활성화 에너지를 낮출 수 있는 것이 촉매이며, 촉매 존재 시에는 반응이 잘 일어날 수도 있습니다.

    답변 감사합니다! 그런데, 간혹 conversion의 실험값을 평형값과 비교했을 때, 실험값이 평형값을 넘어가는 경우도 생기는데, 물론 여러가지 원인들이 있을 수 있겠지만.. 일반적으로 실험값이 평형값을 넘어갈 수 없다고 생각이 들어서 실험이 잘못되었나 착잡한 상황입니다.. 혹시 실험값이 평형값을 넘어가는 경우가 실험이 잘못되지 않더라도 충분히 발생할 수 있을까요?

    무슨 화학반응을 하시는 지 알 수가 없어서 어떻게 답변드려야할 지 모르겠지만 결국 실험이라는 것이 어떤 측정 도구, 장치, 방법을 이용해서 실험값을 측정하는데 이러한 수단들이 완벽하게 그 값을 측정할 수는 없습니다. 즉, 얼마나 정밀하게 측정할 수 있는 지에 따라 정도의 차이는 있겠지만 오차가 무조건 발생합니다. 그러한 이유로 측정값이 평형값을 넘어설 수 있습니다.