[화학 반응 속도] 속도 법칙과 반응 차수

[화학 반응 속도] 속도 법칙과 반응 차수

 

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반응 속도는 평균값(평균 속도)임을 알고 있다.

 

즉, 반응이 일어나는 동안 특정 시간 영역(구간),

가령, 5초~15초, 10초~30초를 선택하여,

그 때의 반응물[또는 생성물]의 농도를 측정하여,

반응 속도를 구했다.

 

 

 

그런데...

 

대부분의 화학 반응은 반응 초반부에 거의 다 일어나 버린다.

 

따라서 반응이 진행됨에 따라,

① 반응물[또는 생성물]의 농도 변화량이 작다.

(1.00 → 0.64   vs.   0.53 → 0.51)

② 역반응이 일어날 수 있다.

⇨ 농도 측정에 오차가 발생할 수 있다.

 

그래서 반응 속도는 “초기” 속도를 측정한다.

 

 

 

 

[실험] 다음과 같은 화학 반응을

 

 

반응물의 초기 농도를 바꿔가면서 3회 실험하여

각 실험의 초기 속도를 측정하였다.

 

 

 

[실험 결과]

 

 

 

[자료 처리]

 

속도는 각 반응물의 농도에 비례한다는 것을 알 수 있다.

따라서 다음과 같은 비례 관계식으로 나타낼 수 있다.

 

 

 

위 비례 관계식을 비례 상수, k를 사용하여 다음과 같은 일반식으로 나타내 보자.

그리고 비례 상수, k는 "속도 상수"라고 부르자.

 

 

 

 

 

이제 속도 법칙을 정의해보자.

 

속도 법칙(rate law)

▶ 반응 속도를 속도 상수와 “반응물”의 초기 농도로 나타낸 “식”

 

 

 

 

▶ 속도 법칙에서 속도 상수, k 및 지수 x, y는 반드시 실험을 통해 결정해야 한다.

⇨ 이론적으로 계산(결정) 불가.(너무, 매우, 아주, 진짜 중요)

 

 

[잠깐] 반응 속도에서의 속도와 속도 법칙에서의 속도

▶ 반응 속도에서는 반응물로 속도 식을 나타낼 때

(-) 부호를 붙인 반면,

▶ 속도 법칙에서는 반응물로 속도 식을 나타낼 때

(-) 부호를 붙이지 않는다.

 

 

 

속도 법칙으로부터 반응 차수를 정의해보자.

 

반응 차수(reaction order)

▶ 속도 법칙에 나타낸 반응물 농도의 지수항의 합

 

 

에서, (전체) 반응 차수 = x + y

 

 

 

▶ 반응 차수는 반드시 실험을 통해 결정해야 한다.

 

 

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※ 속도 법칙에서 지수항인 x 및 y는 화학량론 계수와는 무관하다.

 

 

 

 

 

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