Chemical Kinetics, Chemical Reaction Kinetics   화학반응 속도론

(2017-06-05)

화학 반응 속도, Chemical Reaction Rate

1. 화학반응 속도론 (Chemical Kinetics)화학반응 속도(reaction rate)를 연구하는 화학의 한 분야


2. 화학 반응 속도 (Reaction Rate) 

  ㅇ `시간`에 따른 `농도`의 변화 속도 
     - 단위 `시간` 당 반응물 또는 생성물의 `농도` 변화량
        . 반응물이 줄어들며 생성물이 증가하는 속도
  
  ㅇ 반응 속도차원단위
     - 차원 : {M T-1}
     - 단위 : 몰농도 [M/s, mole/sec]

  ㅇ 반응 속도측정
     - 반응물,생성물 농도,생성물 부피 등의 시간 변화를 측정하여 반응 속도를 계산할 수 있음


3. 평균 반응 속도 (Average Reaction Rate) [mol/(L sec)]반응물 A → 생성물 B 인 경우
     - 반응속도 (v) = (농도 변화 [mol/L]) / (시간 변화 [sec])
                    = - Δ[A]/Δt  `소멸 속도` 
                    = Δ[B]/Δt    `생성 속도`
        . ([ ] : 몰 농도, t: 시간, mol: 몰 수, L: liter, sec: )

     - 만일, 2개 반응물이 1개 생성물로 합쳐지는 2A → B 이면, 
        . v = -1/2 Δ[A]/Δt = Δ[B]/Δt

  ㅇ 반응물,생성물이 여럿 있는 경우 (aA + bB → cC + dD)
     - 반응속도 (v) = - 1/a Δ[A]/Δt = - 1/b Δ[B]/Δt = 1/c Δ[C]/Δt = 1/d Δ[D]/Δt
       

4. 반응 속도식(Rate Equation) / 반응 속도 법칙(Rate Law)

  ㅇ 반응 속도는 반응물 각각에 부과하는 농도에 비례적 임

  ㅇ 따라서, 반응 속도가 반응물 각각의 농도에 어떻게 의존하는가를,
             화학반응식과 관련하여 다음의 식으로 나타낼 수 있음

     -  a A + b B  →  c C + d D

     -  속도 = k [A]m [B]n


  ㅇ 기호 의미
     - a,b : 균형 반응식 계수
     - k   : 속도 상수(reaction constant) [(mol/L·sec)-1]
     - m,n : 반응 차수(reaction order)
        . 속도 법칙에서 지수 성분
           .. 반응 속도가 각 반응물 농도에 어떻게 의존하는가를 나타냄
        . 전체 반응 차수(overall reaction order) = n + m + ...
     - [ ] : 몰 농도
     - A,B,C,D : 반응물,생성물에서의 화학종
     * 여기서, 반응 속도,반응 차수,속도 상수실험에 의해 결정됨

  ※ 만일, 어떤 반응에서 속도 법칙 및 속도 상수를 완전히 알면, 
     - 임의 농도에서 반응 속도를 계산 가능


5. 반응 속도에 영향 주는 요소반응물화학적 특성
  ㅇ 반응물 간 접촉 능력 : 반응 속도는 반응물 간에 서로 섞일수록, 접촉면이 늘수록 증가함
  ㅇ 반응물 농도         : 반응 속도는 반응물 농도에 비례적
  ㅇ 온도                : 반응 속도는 반응물 온도에 비례적
  ㅇ 촉매                : 촉매 자신은 소비되지 않으면서도 반응 속도를 증가시킴


6. 반응 차수

  ㅇ 일차 반응 (first-order reaction)
     - 반응 속도가 1가지 반응물 농도에 만 의존
        . 속도 = - △[A]/△t = k[A]

  ㅇ 이차 반응 (second-order reaction)
     - 반응 속도가 반응물 농도의 제곱에 비례하거나, 서로다른 2가지 반으물 농도의 1제곱에 비례
        . 속도 = - △[A]/△t = k[A]2

  ㅇ 영차 반응 (zero-order reaction)
     - 반응 속도가 반응물 농도와 무관


7. 반응 진행 중 속도 측정색깔 변화
  ㅇ 압력 변화
  ㅇ 전도도 변화 등


8. Arrhenius 화학반응 관계식

   


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