<화학반응속도론>

화학 반응의 속도는 매우 다양하다.

폭발과 같이 짧은 시간에 일어나는 반응이 있는가하면, 암석의 풍화와 같이 오랜 시간에 걸쳐 일어나는 반응도 있다.

빠른 화학반응(알칼리금속과 물의 반응)

느린 화학반응(종유석, 석주 등...)

 

화학 반응 속도를 정량적으로 표현하기 위하여는 단위 시간 당 반응물이나 생성물의 농도 변화로 나타낸다.

다음과 같이 일어나는 화학반응에서



반응 속도식은 일반적으로 다음과 같이 쓸 수 있다.


1) 지수 m과 n은 A와 B에 관계된 반응차수(reaction order)로 지수의 합(m+n)은 전체 반응차수가 된다.

2) 지수 m과 n은 화학반응식에서의 반응 계수와는 무관하며 실험적으로 측정되어야 한다.

다음과 같이 일어나는 화학반응에서

반응 속도식은 일반적으로 다음과 같이 쓸 수 있다.

반응 속도와 반응 속도 상수는 실험적으로 결정된다.

<초기속도법>

1) 반응의 초기(t=0)에서의 순간속도를 초기 속도(initial rate)라 한다.
2) 반응물의 초기 농도를 다르게 하여 초기 속도를 측정하면 그 반응물에 대한 반응차수를 결정 할 수 있다.

<적분속도법>

1) 시간의 경과함에 따라 반응물의 농도가 점차 감소하므로 반응 속도도 시간에 따라 점차 감소한다.
2) 미분 형태의 반응 속도식을 적분하여 시간에 따른 농도의 함수로 나타내는 것을 적분 속도법이라 한다.

<일차반응>

1) 일차 반응의 적분 속도

 다음과 같은 일차 반응일 경우
aA ⇒ 생성물
속도식은 다음과 같다.
속도 = - Δ[A]/Δt = k[A]
속도식을 적분하면 ln[A] - ln[A0] = -kt가 된다.
    ln[A] = -kt + ln[A0]
즉, ln[A]는 시간에 대하여 일차함수가 된다.

 

 

2) 일차 반응의 반감기

 반응물의 농도가 처음 농도의 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간을 반감기(t1/2)라 한다.
ln[A0]/2 - ln[A0] = -kt1/2
t1/2 = ln2/k = 0.693/k

<2차반응>

1) 이차 반응의 적분 속도

 다음과 같은 일차 반응일 경우
aA ⇒ 생성물
속도식은 다음과 같다.
속도 = - Δ[A]/Δt = k[A]2
속도식을 적분 속도식으로 바꾸면
    1/[A] = kt + 1/[A0]가 된다.
즉, 시간에 대한 1/[A] 그래프는 일차함수가 된다.

 

 

2) 이차 반응의 반감기  

▷ 반응물의 농도가 처음 농도의 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간을 반감기(t1/2)라 한다.
     t1/2 = 1 / k[A0]
▷ 이차 반응의 반감기는 초기 농도에 의존한다.
▷ 이차 반응의 반감기는 하나의 반감기가 진행됨에 따라 2배씩 길어진다.