반응 속도. reaction rate. 평균 반응 속도 ★

반응 속도. reaction rate. 평균 반응 속도

 

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▶ 참고: 제14장 화학 반응 속도론. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/12739 ]

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반응 떼고, 우선 ‘속도’의 정의부터 알아보자.

 

속도란? “단위 시간당 위치의 변화량”으로 정의한다.

예를 들면, ‘자동차’ 속도는

“단위 시간당 거리의 변화량 (km/hr)”으로 나타낸다.

 

 

 

이제 ‘반응 속도’를 정의하면,

반응 속도란?

“단위 시간당 농도의 변화량 (M/s)”으로 정의할 수 있다.

 

 

 

다음과 같은 일반적인 화학 반응에서,

반응물 → 생성물

 

화학 반응이 진행되면,

시간에 따라 반응물의 양은 감소하고, 생성물의 양은 증가한다.

 

 

 

이 설명을 추가하여 반응 속도를 다시 정의하면,

반응 속도란?

“시간에 따른 반응물(또는 생성물)의 농도 변화량 (M/s)”

으로 정의할 수 있다.

 

 

 

다음과 같은 간단한 반응에 대해,

위 정의에 따라 반응 속도를 식으로 나타내면,

 

[1] A → B

 

 

 

 

▶ 반응물로 나타낸 (1)식에서 ‘–’ 부호는

속도 값을 양수(+)로 만들기 위해 ‘그냥’ 붙인 것이다.

> 시간이 지남에 따라 반응물의 농도는 감소하기 때문에,

나중 농도에서 처음 농도를 뺀 값(Δ)은 음수(–)가 된다.

그러면 속도 역시 음수(–)가 되는데,

일반적으로 속도가 음수(–)라는 개념은 다루기 불편하다.

---> 그래서 ‘–’ 부호를 ‘그냥’ 붙인 것이다.

 

[‘–’ 부호 추가 설명]

[ https://ywpop.blogspot.com/2023/10/00048-mol-ph3-consumed-in-20-l-container.html ]

 

▶ (1)식과 (2)식은 한 반응(같은 반응)에 대한 속도 식이기 때문에,

(1)식과 (2)식으로 구한 속도 값은 같다 (같아야만 한다).

 

▶ 속도 식을 보면 알겠지만,

이 반응 속도는 일정 시간 동안 평균한 ‘평균 속도’임을 기억하자.

 

 

 

다음 경우는 어떨까?

 

[2] 2A → B

 

이 반응에서는 B 1개가 생성될 때, A 2개가 소모된다.

즉, A 소모 속도는 B 생성 속도의 2배이다.

반응물로 나타내든, 생성물로 나타내든,

한 반응(같은 반응)에 대한 속도 값은 같기 때문에,

( 같아야 하기 때문에, )

속도 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

 

 

[1], [2] 설명을 종합 정리하면,

다음과 같은 일반적인 반응에 대한 반응 속도는

 

[3] aA + bB → cC + dD

 

다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

 

 

---> 반응물 또는 생성물 중에서

어느 한 물질의 농도 변화를 추적하면,

반응 속도를 구할 수 있다.

( ★★★★★ 이 속도 식은

어느 ‘1개’ 물질의 농도 변화로 나타낸다는 것에 주목할 것. )

 

 

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예제) A → B 반응에서, 시간에 따른 각 물질의 농도 값은 다음과 같다.

 

	0초	20초	40초
A	1.00 M	0.54 M	0.30 M
B	0 M	0.46 M	0.70 M

 

20초가 지났을 때, 이 반응의 속도를 구하시오.

 

풀이)

 

 

∴  A의 평균 속도  =  B의 평균 속도

---> 반응물 A의 속도도 양수(+), 생성물 B의 속도도 양수(+).

 

 

 

해설) 반응물 또는 생성물 중에서 어떤 물질을 선택하더라도,

각 물질의 농도 변화량으로 구한 속도 값은 모두 같다.

 

 

 

 

[ 이어지는 글 https://ywpop.tistory.com/30 ] 속도 법칙(rate law)과 반응 차수(reaction order)

 

 

 

[키워드] 반응 속도 기준문서, 반응 속도 사전