화학 평형 시뮬레이터 (르 샤틀리에)

화학 평형 시뮬레이터 사용법

1. 용기에는 처음에 질소 1몰 (파란 쌍)과 수소 3몰 (흰 쌍)이 있습니다. 이들이 반응해 암모니아 (파랑 하나, 흰색 셋)가 되며, 혼합물은 평형에 이릅니다. 평형에서는 암모니아가 생기는 속도와 분해되는 속도가 같고 Q가 K와 같습니다.
2. 평형을 흔들어 르 샤틀리에 원리대로 되돌아가는 모습을 보세요. 용기를 누르면 압력이 올라 반응이 분자 4개를 2개로 바꾸며 암모니아를 더 만듭니다. 데우면 암모니아가 생길 때 열이 나오므로 평형이 질소와 수소 쪽으로 되돌아갑니다. 기체를 넣거나 암모니아를 빼면 혼합물이 그것을 써 버리거나 다시 채우는 쪽으로 움직입니다.
3. 촉매를 끄고 용기를 식히면 이야기의 나머지 절반이 보입니다. 낮은 온도에서는 평형이 암모니아에 유리하지만 반응이 너무 느려 거의 움직이지 않습니다. 그래프는 고른 부피에서 온도에 따른 평형 암모니아 비율을 보여 줍니다.

자주 묻는 질문

화학 평형이란 무엇인가요?

가역 반응이 자리 잡는 상태로, 정반응과 역반응이 같은 속도로 일어나 분자가 계속 양방향으로 반응해도 양이 더는 변하지 않습니다. N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃에서는 반응 지수 Q = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) p(H₂)³)가 평형 상수 K와 같아질 때 도달합니다.

르 샤틀리에 원리란 무엇인가요?

평형이 흔들리면 그 흔들림을 일부 되돌리는 방향으로 평형이 이동한다는 원리입니다. 반응물을 넣으면 그 일부를 쓰도록 정방향으로, 생성물을 빼면 그 일부를 채우도록 정방향으로 이동합니다. 압력을 올리면 기체 분자가 적은 쪽이, 온도를 올리면 열을 흡수하는 방향이 유리해집니다.

열이 수율을 낮추는데 하버 공정은 왜 뜨겁게 운전하나요?

수율이 높은 온도에서는 촉매가 있어도 반응이 너무 느리기 때문입니다. 산업에서는 절충하여 약 450 °C, 철 촉매, 수율을 되찾기 위한 150~300 bar 압력을 쓰고, 암모니아를 응축해 빼내며 반응하지 않은 기체는 다시 씁니다. 그 마지막 단계가 NH₃ 빼내기 버튼입니다.

촉매는 평형을 바꾸나요?

아니요. 촉매는 정반응과 역반응을 같은 배율로 빠르게 하므로, 혼합물은 더 일찍 평형에 이르지만 조성은 똑같습니다. K를 바꾸는 것은 온도뿐이고, 압력과 양은 Q를 바꾸며, 그 뒤 혼합물은 Q가 다시 K와 같아질 때까지 움직입니다.

WebGL이 꺼져 있다고 나옵니다.

3D 화면에는 WebGL이 필요하며, 최신 브라우저는 모두 지원합니다. 브라우저 설정에서 하드웨어 가속이 꺼져 있거나 그래픽 드라이버가 매우 오래되면 비활성화될 수 있습니다. 하드웨어 가속을 켜거나 다른 브라우저를 사용해 보세요.

무언가 업로드되나요?

아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.