화학반응의 온도의존성
1. 목적
반응속도상수에 미치는 온도효과를 알아보는데 있으며, 반응속도상수-온도 자료로부터 활성화 에너지를 계산하게 될 것이다.
2. 이론
반응 속도 상수란,
반응이 일어나려면 분자들이 충돌해야 한다는 것이 충돌모델의 주요한 개념이다. 초당 발생하는 충돌횟수가 많을수록 반응속도는 증가한다. 이러한 개념으로 속도에 대한 농도 영향을 이해할 수 있다. 반응 분자의 농도 증가함에 따라 충돌 횟수도 증가하고 반응속도도 증가한다. 이러한 충돌모형으로 온도의 영향도 이해할 수 있다. 기체 운동 분자론으로부터 온도가 증가하면 분자속도도 증가하는 것을 알고 있다. 분자들이 더 빨리 움직일수록 그들은 더 많은 에너지를 가지고 세게 그리고 자주 충돌하여 반응속도가 증가한다. Arrhenius는 대부분의 반응에서 온도증가에 따른 반응속도의 증가는 비선형 관계라고 지적했다. 그는 대부분의 반응속도자료가 다음의 세 가지에 근거한 식을 따른다는 것을 발견하였다. (a) Ea 또는 더 큰 에너지를 갖는 분자분율, (b) 매 초당 충돌 수, (c) 적절한 방향을 갖는 충돌분율, 이 들의 세가지 인자는 다음의 Arrhenius 식에 포함되어 있다.
여기서 k는 속도상수이며, Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, T는 절대온도이다. 잦음률 A는 온도가 변해도 일정하거나 거의 일정하다. 활성화 에너지(Ea)의 크기가 증가하면 그에 요구되는 에너지를 가진 분자의 분율이 작아지므로 k값이 감소한다. 그러므로 장벽 Ea가 증가할 수록 반응속도는 감소한다.
실온 근처에서는 온도를 10℃ 올리면 반응속도상수가 약 2배가 되는 반응이 많다는 것이 알려져 있다. 이온반응은 속도가 매우 빠르기 때문에 보통 상수측정에 적합하지 못하다. 반면 많은 유기반응들은 실온에서 너무 느리게 진행하므로 역시 반응속도 측정에 부적당하다. 이 실험에서는 식초산 메틸의 수소이온 촉매하의 가수분해 반응을 택하였다.
CH₃COOH₃+ H₂O CH₃COOH + CH₃OH
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2014.05.23
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