화2질문입니다. 반응의 자발성과 반응의 평형

Question

반응의 자발성공부하고 나서 평형 공부하는데 자꾸
자발성을 상기시키면서 하니까 머리속에 쏟아지는 질문때문에
미치겠습니다. 첨으로 학우 여러분들께 질문글을 써봅니다.

솔직히 제가 어떤부분에서 어떤 오개념을 가지고 있는지 조차 모르겠습니다
좀 추상적으로 말하면 자발성과 평형 이 두 개념의 접점을 못찾겠다는 것인데요

그러니까 예를 들어보겠습니다.

1)고체의 용해도는 대부분 흡열반응이라 온도가 높아질수록 용해도가 증가하고
2)기체의 용해도는 대부분 발열반응이라 온도가 높아질수록 용해도가 감소한다.

이점은 반응의 평형만 가지고 생각하면 이해가 가긴 하는데요
르샤틀리에 법칙에 의해서 말이죠.

그런데 이 문제를 G= H-TS (델타 생략) 에 대입해서 생각해보면

1)고체의 경우는 H가 +이고 S는 +인경우가 대부분이니깐 T가크면클수록 G가
음의 값을 크게 가지게 된다. G값이 -이니까 반응이 자발적으로 계속
일어난다. 즉 계속해서 고체를 녹일수 있다는 얘기니까 용해도가 증가한다는
뜻이다.
2)기체의 경우는 H가 -이고 S는 -이니깐 TS항이 -가되서 T가 크면클수록 G가
양의 값을 크게 가지게 되므로 온도가 높아질수록 반응이 비자발적인 반응이
된다. 즉 온도를 높이다보면 어느순간에 G가 +가 되고 녹는 반응이 일어나지
않는다.

위와 같이 생각했을때 결국 용해도가 고체와 액체에서 온도에 따라 다른 양상을
보이는 것은 H항이 아니라 S항이라고 할수 있잖아요.
즉 흡열인지 발열인지가 중요하지 않은 것처럼 보인단 말이죠.
근데 왜 위에서 썻듯이 용해도는 흡열/또는 발열이기때문에 용해도가 증가/감소
한다 이렇게 설명이 되는거죠

다른 예를 들어보겠습니다.
이건 모순처럼보인다기보다 그냥 직관적으로 안와닿는다고할까요
어쨋든 제가 첫 예를 이해하지 못하는 이유와 같은 맥락일꺼 같아서 써봅니다.
EBS수능특강 115페이지 하단(위 큰그림-_-)에 보면 정형적인 그래프가 하나 있습니다.
거기서 좀 궁금한점이..

1)만약에 어떤 닫힌계에 순수한 '생성물'만 집어넣는다면
G가 0보다 크니까 반응은 안일어나는 거죠?
그러니깐 그림에서 보기에 우측끝에서 평형점 방향 으로 반응이 진행하는 것은
순수한 '반응물'을 집어넣었을때 일어날수있는 반응인거죠?

2)순수한 반응물만을 집어넣엇을때 정반응으로 생성된 생성물이 생기자 마자
역반응이 일어나는 이유는 그 순수한 생성물이 가지고 있는 G값이
평형상태의 G값보다 크기 때문인거죠?
그런데 화학평형을 이루고 나서도 역반응이 일어날 수 있잖아요
즉 정반응과 같은 속도로 일어나고 있잖아요
그것은 G값이 0보다 클지라도 국소적으로 일어날 수 있는 현상일 뿐인가요
마치 거시적으로는 평형을 유지하고 있지만 분자들끼리 특정분자에게 에너지를
몰아주기하면 일어나는 현상같은것인가요.-_-;

3)평형이란 평형상수 식에서 볼수 있듯이 양적인 관계에 비율을 유지하는 거라고
할수있는데요 반면 반응의 자발성은 그냥 그 화학반응에 관계된
그 분자들 하나씩 만 갖고 설명해도 설명이 되어야 할 거 같은데 맞나요?
같은 맥락으로 엔트로피가 계속 커지는 이유는 A와 B가 섞일려고 하기 때문이 아니라
A가 혼자 어떤 경향성을 띄고 어떠한 방향으로 움직인다 이렇게 A만 가지고 설명할
수있을거 같은데 맞나요?

4)평형에 일단 도달하면 더이상 외부의 에너지 없이는 반응이 일어나지 않아야
하는데 왜 반응이 일어나나요 왜 '가역'적 인가요. 2번이랑 같은 결론인건가...ㅠ

이상입니다.

하드게이 · Accepted Answer

1. 순수한 생성물을 집어넣으면 자발적 역반응이 일어나게 됩니다..2. 깁스 자유에너지 G는 H-TS로 정의됩니다. 보통 거시적인 관점에서 생각하지요.. 반응물 1몰 이라던가. 분자 하나하나에 대해서 G를 생각하는게 아닙니다..3. 아시다시피 어떤 기체나 액체를 생각하면 각 분자들은 순간적으로 응축과 기화를 반복하고 있습니다(충분한 에너지를 얻은 분자에 대해서) 이 때 반응은 깁스 자유에너지가 최소가 되는 쪽으로 자발적으로 일어나지요.  엔트로피가 커지는 이유는 A와 B가 섞일려고 하는게 아니라, A와 B가 섞이는 것이 엔트로피가 가장 크고(가장 많은 micro state를 가짐) 열역학 제2법칙에 의해 커지는 방향으로 가죠(섞이죠.)4. 고전역학에 의하면 평형상태에 있는 기체 분자들의 에너지는 볼츠만 분포를 따릅니다. 에너지가 다 같은게 아니에요. 어느 이상의 에너지를 가진 입자가 충돌하고 미시 상태에서 끊임없이 에너지를 주고받는데, 이 속도가 같은 상태가 평형 상태죠..

딕키폭스 · Answer

늦게서야 봅니다. 많이 이해가 되었습니다. 감사합니다.

화2질문입니다. 반응의 자발성과 반응의 평형

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