르샤틀리에 원리, 평형은 어떻게 움직일까? — 농도·압력·온도

평형은 가만히 있지 않는다

화학 평형은 "반응이 멈춘 상태"가 아니라, 정반응과 역반응 속도가 같아서 겉보기에 변화가 없어 보이는 상태입니다. 그런데 여기에 손을 대면(농도·압력·온도를 바꾸면) 평형은 반드시 반응합니다. 그 방향을 예측하는 게 르샤틀리에 원리입니다.

한 줄 정의

한마디로, 계는 "귀찮게 하는 변화를 되돌리려" 합니다. 예제로 암모니아 합성 반응을 봅시다.

$N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) \quad (\Delta H < 0,\ \text{발열})$

세 가지 변화, 세 가지 이동

① 농도 — $N_2$ 를 더 넣으면 → 그걸 소모하는 정반응(오른쪽) 으로 이동. 생성물 $NH_3$ 를 빼내도 오른쪽으로.

② 압력(부피) — 압력을 높이면(부피를 줄이면) → 기체 분자 수가 적은 쪽으로 이동. 왼쪽은 $1+3=4$몰, 오른쪽은 $2$몰이니 오른쪽(적은 쪽) 으로.

③ 온도 — 이 반응은 발열($\Delta H<0$). 온도를 높이면 → 열을 흡수하는 방향(역반응, 왼쪽) 으로 이동.

여기서 다들 틀립니다 — 함정

1. 촉매는 평형을 이동시키지 않는다. 정반응·역반응 속도를 똑같이 빠르게 해서 평형에 더 빨리 도달하게 할 뿐, 평형의 위치는 그대로입니다.
2. 온도만 평형상수 $K$ 를 바꾼다. 농도·압력 변화는 평형을 이동시키지만 $K$ 값 자체는 그대로. 오직 온도만 $K$ 를 바꿉니다.
3. 부피 일정에서 불활성 기체 첨가는 이동 없음. 부피가 그대로면 각 반응물의 분압이 변하지 않으므로 평형은 움직이지 않습니다.

정리

르샤틀리에 원리는 화학 평형의 방향 감각을 잡아주는 핵심이라, 여기가 되면 평형상수·용해도곱·산염기 완충까지 같은 논리로 풀립니다.