【3】 반응 속도

2. 반응 속도

[1] 반응 속도

1. 반응 속도식

(1) 반응 속도

화학 반응에서 반응물 농도의 단위 시간당 감소율을 반응 속도라 한다.

(2) 반응 속도식

2. 반응 속도식 구하기

자동차의 배기 가스 중의 산화질소와 오존 사이에 다음과 같은 반응이 일어나 오존이 파괴되어 가고 있다.

이 반응을 실험실에서 연구한 결과 25℃에서 다음과 같은 결과를 얻었다. 25℃에서 이 반응의 반응 속도를 구하시오.

실험	의 농도( )	의 농도( )	( )
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4
5

3. 기체의 반응 속도(충돌론)

기체 분자가 반응하기 위해서는 기체 분자들이 충돌해야 하며 충돌된 기체 분자의 에너지가 일정량(활성화에너지) 이상이 되어야 한다. 따라서 분자의 충돌 횟수가 증가하면 반응 속도도 증가한다.

[2] 반응 속도에 미치는 영향

1. 농도

반응물의 농도가 클수록 반응 속도는 빨라진다.

농도란 일정한 부피 안에 들어있는 입자의 수이므로 농도가 커지면 일정한 부피 안의 입자수가 증가하여 충돌 횟수가 증가하여 반응 속도가 빨라진다.

2. 온도

온도가 높을수록 반응 속도는 빨라진다.

온도가 높을수록 활성화 상태에 있는 분자수가 많아지고, 분자 운동이 활발하여 충돌 횟수가 많아지므로 반응 속도가 증가한다.

3. 활성화에너지

(1) 활성화 상태

충돌하여 반응이 일어나기 직전의 불안정한 상태로 에너지 상태가 반응물과 생성물보다는 높은 상태

(2) 활성화에너지

반응이 일어나기 위해서는 활성화 상태에 도달해야 하는데, 활성화 상태에 도달하는데 필요한 에너지

(3) 활성화에너지와 반응 속도

활성화에너지가 작을수록 반응 속도가 빠르다.

활성화에너지가 크면 활성화 상태에 도달하기가 어려워 반응 속도가 느리다.

상온에서 흡열 반응이 발열 반응보다 활성화에너지가 크기 때문에 발열 반응보다 반응이 일어나기가 어렵다.

그림 4 활성화에너지와 온도와의 관계

왼 쪽 : 발열 반응에서의 활성화에너지 오른쪽 : 오도의 변화에 따른 입자들의 에너지 상태의 변화

4. 촉매

(1) 촉매의 영향

촉매를 사용하면 반응 속도는 빨라진다.

촉매는 활성에너지를 감소시켜 활성화 상태에 도달한 입자수를 증가시키기 대문에 반응 속도가 증가한다.

그림 5 촉매가 있을 때와 없을 때의 활성화에너지 비교

정촉매는 활성화에너지를 감소시키는 물질로 반응 속도를 빠르게 한다.

(2) 촉매와 화학 반응

① 촉매는 활성화에너지만 감소시킬 뿐 반응열은 변화시킬 수 없다.

② 촉매는 일어날 수 없는 반응은 일으킬 수 없다.

③ 촉매 작용은 촉매의 양과는 관계가 없다.

④ 촉매는 정반응의 속도와 역반응의 속도를 같이 증가시킨다.

⑤ 부촉매는 활성화에너지를 증가시켜 반응 속도를 느리게 하는 물질이다.

[3] 반응 메커니즘

1. 반응 메커니즘

화학 반응은 한 단계로 반응이 진행되는 것이 아니라 여러 단계의 반응 경로를 거쳐 반응이 진행된다. 이러한 여러 단계의 반응 경로로 반응이 진행되는 것을 반응 메커니즘이라 한다.

2. 반응 속도 결정 단계

① 여러 단계의 반응 중 반응 속도가 가장 느린 반응 단계

② 전체 반응 속도식은 속도 결정 단계의 반응 속도식으로 나타낼 수 있다.

③ 전체 반응 속도는 가장 느린 단계의 반응 속도보다 빠를 수 없기 때문에 가장 느린 단계의 반응 속도가 전체 반응 속도를 결정한다. = 속도결정 단계

반응 속도 결정 단계는 ②단계 반응이다. 따라서 전체 반응 속도식은