1. 질량 작용 법칙 (Law of Mass Action) 이란?
ㅇ 물질 내 화학적 평형 조건을, 일반화시켜 다룰 수 있게 하는 법칙
- 주로, 농도 관계식에 의함
2. [화학 반응] (질량 작용 법칙)
ㅇ `화학 평형 조건`을 다음과 같이 `동적 평형 상태`로 설명 가능
- 정반응 속도와 역반응 속도가 같음
- 이는, 반응물과 생성물 농도가, 시간에 따라 변하지 않고, 일정하게 유지되는 것임
- 즉, 반응물,생성물 농도의 비(比 => 평형 상수)가 일정함
- 따라서, 각 화학반응 마다 고유한 평형 상수로 기술될 수 있음
- 만일, 반응물의 초기 농도가 다르더라도, 평형 상수는 일정 상수 값을 갖으므로,
- 결국, 반응물과 생성물의 초기량을 알면, 평형상수로부터 평형상태의 혼합물 조성 계산이 가능
ㅇ 따라서, 다음과 같은 화학 반응식에서,
[# jA + kB \; \rightleftharpoons \; lC + mD #]
(화학반응식)
- j,k,l,m : 균형 화학 반응식의 계수
ㅇ 위 화학 반응식의 평형 상수는,
[# K = \frac{[C]^j[D]^k}{[A]^l[B]^m} #]
(평형식, Equilibrium Expression)
- K : 평형 상수 (무 차원 단위. 즉, 단위 없음)
. 즉, 평형식에서, 주어진 온도 하에, 반응물과 생성물의 比는 일정 (상수)
- [A],[B],[C],[D] : 화학종의 농도 (mol/L)
. [A],[B] : 반응물 농도
. [C],[D] : 생성물 농도
. 한편, 기체는 농도 대신에 압력으로 표현 가능
※ 위와 같은 관계식을, 1864년 노르웨이 화학자
Maximilian Guldberg(1836~1902),Peter Waage(1833~1900)가 제안함
- 화학 평형 조건을, 반응물과 생성물 간의 평형 농도 (전환비)로써, 설명함
ㅇ 적용 : 용액, 기체 상태의 화학 반응에 대한 화학적 평형을 정확하게 설명
3. [반도체] (단체 행동 법칙) or (질량 작용 법칙)
ㅇ 반도체에서, 주어진 온도 하의, 열 평형 상태에서는,
- 진성 반도체 또는 불순물 주입된 반도체이든, 어떤 경우에서나,
- 다수 캐리어 종류와 무관하게,
- 전자 농도와 정공 농도의 곱은 항상 일정 함
ㅇ 즉, 열 평형 하에서, `전자 농도 n`와 `정공 농도 p` 사이의 관계식
- n p = n2
* 여기서, 일정 상수 n는, 진성 반도체의 자유 전자 또는 자유 정공의 농도를 말함