반응 지수 계산기
활동도와 화학양론 계수로 일반 가역 반응의 반응 지수 Q를 계산합니다.
반응 지수 식
aA + bB ⇌ cC + dD의 각 계수와 화학종 활동도를 입력하세요.
반응 지수 안내
Q로 표시하는 반응 지수는 반응계의 순간적인 조성을 나타냅니다. 평형 상수와 같은 수학적 형태를 사용하지만 평형 도달 여부와 관계없이 어느 순간에나 계산할 수 있습니다. Q를 평형 상수 K와 비교하면 계가 평형에 가까워지기 위해 어느 방향으로 변해야 하는지 예측할 수 있습니다. Q가 K보다 작으면 정반응이, 크면 역반응이 우세하며 둘이 같으면 평형 상태입니다.
일반 반응 aA + bB ⇌ cC + dD에서 계산기는 Q = (C 활동도의 c 제곱 × D 활동도의 d 제곱)을 (A 활동도의 a 제곱 × B 활동도의 b 제곱)으로 나눕니다. 화학양론 계수는 지수가 되고 생성물은 분자에, 반응물은 분모에 들어갑니다. 반응물이나 생성물이 하나뿐인 모델에서는 사용하지 않는 항의 계수를 영으로 설정하면 해당 활동도 항의 인수가 일이 됩니다.
열역학적으로 반응 지수에는 단순 농도가 아닌 활동도를 사용해야 합니다. 활동도는 표준 상태를 기준으로 한 무차원 유효 농도입니다. 묽은 용액에서는 몰농도를 실용적인 근삿값으로 자주 사용합니다. 기체는 보통 분압을 표준 압력으로 나눈 값을 사용합니다. 순수 고체와 순수 액체는 활동도가 일이므로 식에서 생략하거나 이 네 화학종 계산기에서 계수를 영으로 나타내야 합니다.
Q의 형태는 사용하는 데이터에 따라 달라집니다. Qc는 농도 형태의 항을 사용하고 Qp는 기체 분압을 사용합니다. 두 값은 관련되어 있지만 반응 중 기체의 총 몰수가 변하면 일반적으로 같지 않습니다. 반응 지수는 반드시 같은 온도에서 대응하는 형태의 평형 상수와 비교하세요. 평형 상수는 온도에 따라 변하고 Q는 혼합물 조성이 바뀔 때마다 변합니다.
이 계산기는 교과서의 평형 연습 문제, 실험실 혼합물 확인, 빠른 반응 방향 예측에 적합합니다. 계수가 틀리면 지수가 달라져 Q가 크게 변할 수 있으므로 먼저 화학 반응식의 계수를 맞추세요. 일관된 표준 상태 비율을 사용하고 평형식에 필요한 화학종만 포함하며 비교 목적에 충분한 유효숫자를 유지하세요. 수치 결과만으로 방향을 정할 수 없으며 적절한 K 값과 비교해야 합니다.
반응 지수 예제
각 예제는 계수를 맞춘 반응식에 활동도를 대입합니다.
| 반응 값 | 반응 지수 | 계산 설명 |
|---|---|---|
| a=1, A=2; b=3, B=1; c=2, C=4; d=0 | Q = 8 | 분자는 4의 제곱, 분모는 2와 1의 세제곱의 곱입니다. |
| a=2, A=0.5; b=1, B=2; c=1, C=3; d=2, D=0.5 | Q = 1.5 | 생성물 항은 3과 0.5의 제곱의 곱이며, 반응물 항은 0.5의 제곱과 2의 곱입니다. |
| a=1, A=0.2; b=1, B=0.4; c=1, C=0.8; d=1, D=0.5 | Q = 5 | 생성물 쪽 곱 0.4를 반응물 쪽 곱 0.08로 나누면 오가 됩니다. |
Q 계산 방법
- 가역 화학 반응식의 계수를 맞추고 반응물과 생성물을 확인하세요.
- 각 반응물의 계수와 활동도를 입력하세요.
- 각 생성물의 계수와 활동도를 입력하고 사용하지 않는 화학종의 계수는 영으로 설정하세요.
- 반응 지수 계산을 선택해 식을 계산하세요.
- Q를 해당 평형 상수와 비교해 우세한 방향을 예측하세요.
반응 지수 자주 묻는 질문
Q와 K는 어떻게 다른가요?
Q는 어느 시점에서든 혼합물의 상태를 나타내고 K는 평형 상태에서 그 식의 값입니다. 특정 반응과 온도에서는 대수적 형태가 같습니다.
Q로 반응 방향을 어떻게 예측하나요?
Q가 K보다 작으면 순반응이 생성물 방향으로 진행해 Q가 증가합니다. Q가 K보다 크면 반응물 방향으로 진행해 Q가 감소합니다.
순수 고체와 액체를 포함해야 하나요?
순수 고체와 순수 액체는 활동도가 일이므로 반응 지수에서 생략합니다. 이 계산기에서는 사용하지 않는 항의 계수를 영, 활동도를 일로 설정하세요.
활동도 대신 농도를 입력해도 되나요?
충분히 묽은 이상 용액에서는 농도가 활동도의 유용한 근사입니다. 정밀한 열역학 계산에는 비이상성을 보정한 무차원 활동도를 사용하세요.
계수를 지수로 사용하는 이유는 무엇인가요?
지수는 반응의 화학양론과 질량 작용식에서 나옵니다. 맞춰진 반응식의 계수를 바꾸면 정의된 반응이 달라져 Q와 K가 모두 변합니다.