화학물질의 반응속도(the rate of reaction of a chemic)
반응속도(reaction rate)는 단위시간에 반응물 중의 한 물질이 반응계에서 농도가 감소하는 속도 또는 생성물 가운데 한 물질의 농도가 증가하는 속도로 정의된다. A reaction rate is defined as the rate at which the concentration of one substance in a reactant decreases in a reaction system in a unit time or the rate at which the concentration of one substance in a product increases
가. 충돌이론과 활성화 에너지 충돌이론에서는 원자, 이온, 분자들 사이에 반응이 일어나기 위해서는 먼저 충돌해야 된다는 것이다. 반응종의 농도가 크면 단위 시간당 충돌 횟수도 증가한다. 이때, 효과적 충돌(effective collision)만이 반응 가능하다. 효과적 충돌이 되기 위해서는 반응종들 은 ① 결합이 끊어지거나 새로운 결합이 형성될 때에 외각전자들의 재배열이 일어나는 데 필요한 최소한의 에너지를 가져야 하고, ② 충돌 시 서로 적합한 배향을 가져야만 한다. 결국 반응속도를 결정하는 중요한 인자는 충분한 에너지를 가지고 일어나는 충돌 횟수이다. 반응을 일으키는데 필요한 최소에너지를 그 반응의 활성화에너지(activation energy)라 한다 In the event of a collision, the orientation must be suitable for each other. In the end, the number of collisions that occur with sufficient energy is an important factor in determining the reaction speed. The minimum energy required to cause a reaction is called the activation energy of the reaction
두 반응분자 A2와 B2가 충분한 에너지를 가지고 충돌한다면, 활성화물(activated complex)이라고 하는 전이중간체를 생성한다. 즉, 반응물에서 생성물을 형성하기 전 높은 에너지를 가진 중간상태(transition state, 전이상태)에 순간적으로 존재하는 상태 로서, 이러한 전이상태를 거쳐서 반응을 일으키는데 필요한 최소한의 에너지를 활성화 에너지(Ea)라 한다. 만약 A2와 B2분자들이 충돌할 때, 활성화에너지만큼 갖고 있지 못하다면 반응은 일어나지 않는다.
나. 반응속도에 영향을 미치는 요인( Factors Affecting Response Rate)
반응속도는 ① 반응물의 성질, ② 반응물의 농도, ③ 온도, ④ 촉매 등에 의해 영향을 받는다.
1) 반응물의 성질 반응속도는 함께 혼합된 물질들의 화학적 성질과 물리적 상태에 의존하고 있다. 산과 염기의 용액들은 혼합과 동시에 반응하고, 금속나트륨도 물과 접촉하는 순간에 반응한다. 그러나 금속성 칼슘은 실온에서 물과 느리게 반응한다. 반응하는 물질들 의 물리적 상태는 화학반응속도에 큰 영향을 준다. 큰 덩어리의 금속들은 연소되지 않으나, 금속분말은 표면적이 크므로 결과적으로 많은 원자들이 공기 중의 산소에 노출되어 연소되기 쉽다.( Large chunks of metal do not burn, but metal powder has a large surface area, so as a result, many atoms are exposed to oxygen in the air and are likely to burn)
2) 농도 반응속도는 반응하는 각 물질의 농도의 곱에 비례한다. 즉, 농도가 증가함에 따라 단위부피속의 입자가 증가하고, 입자수가 증가하면 입자 간의 충돌 횟수가 증가하여 반응속도가 빨라진다.
The concentration reaction rate is proportional to the product of the concentration of each reacting substance. That is, as the concentration increases, the number of particles in the unit volume increases, and when the number of particles increases, the number of collisions between particles increases, thereby increasing the reaction speed.
3) 온도 온도가 상승하면 반응속도 증가하며, 일반적으로 아레니우스(S. Arrhenius)의 반 응속도론에 의해 온도가 10℃상승할 때 반응속도는 약 2배 증가한다. 4) 촉매 촉매는 반응에 첨가되어 보통은 반응속도를 증가시키지만 때로는 반응속도를 감 소시키는 물질이다. 촉매는 반응경로를 변화시키며, 이에 따라 활성화 에너지가 변 화하고 반응속도에 영향을 미친다.
화학평형이동
가. 역반 화학평형 반응이 종결되지 않고 어느 방향으로나 일어날 수 있는 반응을 가역반응(reversible reaction)이라 한다. 2SO2(g) + O2 ⇄ 2SO3(g) 위 반응식에서 오른쪽으로 진행하는 반응을 정반응, 왼쪽으로 진행하는 반응을 역반 응이라고 한다. 이러한 가역반응에서 정반응속도와 역반응속도가 같아져서 외관상 반 응이 정지된 것처럼 보이는 상태를 화학평형(chemical equilibrium)이라 한다. 나. 평형이동에 영향을 주는 요인 평형상태에 있는 어떤 물질계의 온도, 압력, 농도, 촉매의 조건을 변화시키면, Le Chatelier의 평형이동의 법칙에 따라 변화를 감소시키는 방향으로 반응하여, 새로운 평 형상태에 도달한다 reach a new flat shape
1) 농도의 변화 농도를 증가시키면 농도가 감소하는 방향으로 이동 농도를 감소시키면 농도가 증가하는 방향으로 이동 Changes in concentration When the concentration is increased, the concentration is decreased When the concentration is decreased, the concentration is increased 2) 온도의 변화 온도를 올리면 열을 소모하는 방향으로 이동 온도를 낮추면 제거된 열량을 보충하는 방향으로 이동 Temperature Change Increasing the temperature leads to heat consumption Lowering the temperature moves to replenish the amount of heat removed 3) 부피와 압력의 변화 압력을 높이면 기체의 몰수가 작은 방향으로 이동 압력을 내리면 기체의 몰수가 큰 방향으로 이동 Changes in volume and pressure Increasing the pressure causes the number of moles of the gas to move in a small direction When the pressure is lowered, the number of moles of the gas moves in a large direction 4) 촉매의 영향 촉매는 화학평형 시간을 단축 Effect of Catalyst Catalyst shortens chemical equilibrium time (화학반응평형의 이동은 불가)