소개 :
반응 속도에 영향을 미치는 요인 :
이러한 반응이 발생하는 속도가 고려되지 않는 한 화학 공정에 대한 연구는 불완전합니다. 우리는 용액에 이온을 포함하는 것과 같은 특정 반응이 매우 빨리 발생하는 반면, 다른 반응은 너무 느리게 발생하여 속도는 감지 할 수 없다는 것을 알고 있습니다. 이러한 비율 문제의 실질적인 중요성은 과장 될 수 없습니다. 예를 들어, 원소에 노출 된 금속은 산소 및 물과의 상호 작용의 결과로 부식 될 수 있습니다. 온도, 농도 및 촉매는 반응 속도를 결정하는 가장 중요한 요소 중 세 가지입니다. 또한 고체의 표면 품질은 매우 중요합니다.
반응 속도를 설명하기 위해 두 가지 주요 아이디어가 사용됩니다. 활성화 된 복합체 (전이 상태) 이론과 충돌 이론은 그 중 두 가지이다. 그러나 코스의 강의 부분에서 활성화 된 복합체 (전이 상태) 이론에 대해서도 배울 것입니다.
충돌 이론
간단한 반응을 고려하십시오 :A + B ————-> 제품
A와 B는 원자, 이온 또는 분자이기 때문에 서로 반응하기 위해서는 "충돌"해야합니다. 분자는 일정하고 빠른 움직임에 있기 때문에 A의 분자와 BE는 정기적으로 충돌합니다.
그러나 모든 A-B 충돌로 인해 제품 생산이 발생하는 것은 아닙니다. 반응이 일어나기 전에 반응물은 특정 수준의 에너지와 충돌해야하며, 이는 "활성화 에너지"또는 "활성화 에너지"라고합니다. 이 에너지는 A와 B의 운동 에너지에서 파생되므로 충분한 힘을 가진 충돌 만 반응을 유발하는 데 성공할 것입니다. A 또는 B의 농도가 두 배가되면 시간당 A와 B 사이의 충돌 횟수는 두 배가됩니다. 온도가 상승하면 A와 B의 동역학 에너지가 증가하여 매 초마다 충돌이 더 많아지고 화학 반응의 비율이 높아집니다. 결과적으로 온도가 상승함에 따라 비율이 일반적으로 증가합니다.
Arrhenius 방정식은 활성화 에너지를 계산하는 데 사용될 수 있습니다 :K =AE-EA/RT
Arrhenius 방정식은 ln k =- ea/rt + ln a.
로 다시 작성됩니다.여기서 k는 속도 상수
입니다a는 주파수 계수입니다.
EA는 활성화 에너지를 나타냅니다.
r =가스 상수, 8.3145 J/mol K
로 표현 된 가스 상수t =절대 온도, k =켈빈
Ln K의 기울기가 1/t의 기울기에 대해 플로팅되면, 기울기 =-ea/r 및 경사 절편은 ln a.
입니다.촉매
촉매는 화학 공정의 속도를 변화시키는 화학 제입니다. 이는 반응에 필요한 활성화 에너지의 양이 감소하기 때문입니다. 활성화 에너지가 적을 때, 충돌의 비율이 더 많으면 필수 에너지가 있으며 속도는 증가합니다. 촉매가 활성화 에너지를 줄이는 방식은 촉매의 유형에 따라 다릅니다. 억제제는 과정의 속도를 늦추는 촉매입니다.
클럭 반응
화학 반응 속도에 대한 온도 및 농도의 영향은이 실험에서 조사 될 것이다. 때때로 "클럭 반응"이라고도하는 선택된 반응은 실제로
로 표시되는 일련의 연속 반응입니다.
반응 (1)에서 생성 된 요오드는 반응 (2)에서 즉시 소비되므로, 모든 NA2S2O3가 사용될 때까지 의미있는 양의 요오드가 축적 될 수 없다. 이런 일이 발생하면 요오드 함량이 전분 표시기가 파란색이되는 지점까지 올라갑니다. Blue Tint의 개발은 모든 NA2S2O3가 소비되었음을 나타냅니다.
법률
이 실험에서는 이전 반응의 요금 법칙이 확립 될 것입니다.
실험적으로, x, y 및 z의 수치 값이 결정될 것이다. X, Y 및 Z는 A, B 및 C와 관련하여 반응의 순서입니다. 반응의 전체 순서는 반응물의 개별 순서의 합에 의해 주어집니다. x, y 및 z를 계산 한 후, 속도 상수 k는 계산 될 수 있습니다.
Arrhenius 방정식
화학 반응 속도의 온도 의존성에 대한 Arrhenius 방정식은 다음과 같습니다.
여기서 k는 반응의 속도 상수를 나타냅니다.
A는 Arrhenius를 나타냅니다. 활성화 =상수 EA 반응 에너지 (Joules mol1)
R은 범용 가스를 나타냅니다. 상수
t는 절대 온도 (켈빈에서)를 나타냅니다
우리는 온도가 증가하면 반응 속도가 증가했지만 온도와 반응 속도 사이의 관계를 통계적으로 예상하는 방법을 알지 못했습니다. Arrhenius 방정식 때문에이 문제를 해결할 수있었습니다. 온도에 따른 속도 상수의 변동을 시뮬레이션하는 데 사용되는 경험적 관계입니다. 이는 다양한 온도에서 화학 공정의 속도에 대한 정보를 제공합니다.
온도, 농도 및 촉매는 다음과 같이 속도에 영향을 미칩니다.
반응 속도는 온도에 따라 증가하는 경향이 있습니다 : 이 패턴은 반응을 위해 반응물이 서로 충돌해야한다는 사실에서 비롯됩니다. 반응물이 적절한 방향 및 적절한 에너지와 충돌하면 반응이 발생할 수 있습니다. 결과적으로 충돌이 많을수록 충돌의 에너지가 클수록 더 많은 반응이 발생합니다. 온도가 상승하면 반응 혼합물에서 입자의 평균 운동 에너지가 상승하여 입자가 더 빠르게 이동하고 더 자주 그리고 더 많은 에너지로 충돌하게됩니다.
.농도 증가는 반응 속도를 증가시키는 경향이있다 : 이러한 경향의 원인은 마찬가지로 충돌과 관련이 있습니다. 더 높은 농도는 더 많은 반응물 입자가 함께 더 가깝게되어 더 많은 충돌과 반응 가능성이 더 높음을 시사한다. 반응물의 농도를 증가 시키면 용액에 용해되는 반응물이 더 많아 질 수 있습니다.
일부 반응물은 완전히 용해되지 않으므로 더 크고 용납되지 않은 입자로 나타납니다. 더 작은 입자는 특정 상황에서 더 빠른 반응을 초래합니다. 더 작은 입자는 더 많은 표면적을 나타내어 입자의 더 많은 부분을 반응에 노출시킵니다.
촉매는 반응 속도를 증가시킨다 : 촉매는 화학적으로 변경되지 않으므로 프로세스가 결국 생성 할 수있는 제품의 양에 영향을 미치지 않습니다 (수율). 어린 시절의 예가 여기에 적합합니다. 자전거를 타기 시작하면 부모님이 시작하기 위해 노력할 수 있습니다. 그러나 페달링은 초기 밀기 후에 전적으로 당신에게 달려 있습니다. 가장 높은 속도와 최종 목적지는 자전거를 페달을 밟고 제어 할 수있는 능력에 의해 여전히 완전히 결정되지만, 그 밀기 (촉매)는 빠른 속도를 높이기 위해 도움을주었습니다.
촉매는 다양한 방식으로 작용할 수 있지만, 모두 활성화 에너지를 낮추는 것이 포함되며, 에너지 언덕 반응물은 화학 경로를 따라 가장 높은 에너지 단계 인 전이 상태에 도달하기 위해 올라가야합니다. 활성화 에너지가 낮 으면 더 빠른 반사가 발생합니다.
결론 :
따라서 우리는이 전체 기사에서 온도가 상승하면 반응 혼합물에서 입자의 평균 운동 에너지가 상승하여 입자가 더 빠르게 이동하고 더 자주 그리고 더 많은 에너지로 충돌하게한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 농도를 늘리면 응답 속도가 증가하는 효과가 있습니다.
