질량 작용의 법칙 (Law of Mass Action), 질량 작용 효과 (Mass Action Effect)

 

D5b10요약 '질량 작용의 법칙 (Law of Mass Action) https://infos.tistory.com/7170': Al^3+는 K^+보다 '선택성(Selectivity)'이 훨씬 높기 때문에((+3가 이온의 흡착력이 +1가 이온보다 강함), 일반적으로 K^+가Al^3+를 밀어내기는 어렵다. 그러나 외부에서 엄청나게 높은 농도의 K^+를 투입하면 평형이 깨지고, K^+가 Al^3+를 치환할 수 있다. 이것이 '질량 작용 효과 (Mass Action Effect)'다.

 

토양CEC에서 Al^3+포화 상태일 때 고농도 K^+투입

Al^3+는 K^+보다 '선택성(Selectivity)'이 훨씬 높기 때문에((+3가 이온의 흡착력이 +1가 이온보다 강함), 일반적으로 K^+가Al^3+를 밀어내기는 어렵다. 그러나 외부에서 엄청나게 높은 농도의 K^+를 투입하면 평형이 깨지고, K^+가 Al^3+를 치환할 수 있다. 이것이 '질량 작용 효과 (Mass Action Effect)'다.

극도로 높은 K^+농도: 토양 용액에 Al^3+의 농도에 비해 'K^+의 농도를 비정상적으로 높게' (즉, 강한 농도 구배를) 형성한다.

평형 이동: 위의 평형 반응식에서, 반응물(좌변)인 K^+의 농도 K^+가 매우 높아지면, 시스템은 평형을 유지하기 위해 '정반응(우변으로 진행)'을 촉진한다. 정반응은 K^+가 CEC 자리에 흡착되고 그 대가로 Al^3+가 CEC에서 용액으로 방출되는 반응이다.
'르샤틀리에의 원리 (Le Chatelier's Principle)': 3(R - A) + 3K^+ <=> 3(R - K) + Al^3+; 에서 "반응물 (좌변) <=> 생성물 (우변)" K^+의 농도가 급격히 높아지면, 시스템은 이 증가된 K^+농도를 다시 낮추어 평형을 회복하려고 한다. K^+의 농도를 낮추는 유일한 방법은 K^+를 소모하는 것이다. K^+를 소모하는 방향은 K^+가 CEC 자리에 흡착되는 '정반응(우변으로 진행)'이다. 정반응이 진행되면 3K^+가 3(R - K)로 변환되어 용액 내 K^+의 농도가 낮아지고, 그 대가로 Al^3+가 CEC에서 밀려나 용액으로 방출된다.

치환 발생: K^+는 흡착력이 약함에도 불구하고, 그 '압도적인 수적 우위(농도)'를 바탕으로 Al^3+를 흡착 자리에서 일시적 또는 부분적으로 밀어내고 흡착될 수 있게 된다.

실제적인 제한: CEC의 Al^3+ 포화 상태는 토양이 매우 강한 산성이라는 것을 의미한다. Al^3+는 K^+보다 흡착 선호도가 수백 배 이상 높기 때문에, 실제로 K^+가 의미 있는 수준으로 Al^3+를 치환하려면 농도를 매우 높여야 하며, 이는 비료 낭비와 염류 장해 등의 문제를 야기한다. 따라서, 강산성 토양은 K^+를 추가하기 전에 석회(Lime) 시용을 통해 Al^3+를 중화하고 Ca^2+로 치환하는 것이 훨씬 효율적인 토양 개량 방법이다.