반응 속도를 식으로 적다 — 충돌 모형·속도식

헤스의 법칙은 반응이 얼마나 많은 열을 주고받는지 말해 주었습니다. 하지만 열의 양이 같아도 어떤 반응은 순식간이고 어떤 반응은 아주 느립니다.

오늘의 한 문장

반응 속도는 단위 시간 동안 농도가 얼마나 변하는지를 나타냅니다. 단위는 보통 mol/(L·s)입니다.

속도식 rate = k[A]^m[B]^n에서 차수 m, n은 반응식 계수에서 바로 읽는 값이 아니라 실험 자료로 정합니다.

반응이 진행되면 반응물 농도는 줄고 생성물 농도는 늘어납니다. 이 농도 변화가 시간에 비해 얼마나 빠른지가 반응 속도입니다.

그래프에서는 기울기가 속도입니다. 평균 속도는 일정 구간의 기울기, 순간 속도는 한 점에서의 접선 기울기입니다.

평균 속도 = 농도 변화 / 시간 변화
단위: mol/(L·s)

농도-시간 그래프 기울기와 충돌 모형·유효 충돌로 반응 속도를 설명하는 다이어그램

입자들이 반응하려면 서로 부딪쳐야 합니다. 농도가 높으면 단위 부피 안 입자 수가 많아져 충돌이 잦아집니다.

하지만 모든 충돌이 성공하는 것은 아닙니다. 충분한 에너지와 알맞은 방향을 가진 충돌만 반응으로 이어집니다. 이것을 유효 충돌이라고 합니다.

속도식은 농도가 속도에 미치는 영향을 한 줄로 적은 식입니다. k는 속도 상수, m과 n은 반응 차수입니다.

반응 차수는 실험에서 얻은 초기 속도 자료로 결정합니다. 반응식의 계수와 우연히 같을 수도 있지만, 원칙적으로 계수에서 바로 읽지 않습니다.

rate = k[A]^m[B]^n
전체 차수 = m + n

초기 속도법으로 농도 변화 대 속도 변화를 비교해 반응 차수를 읽는 개념도

초기 속도법은 한 농도만 바꾸고 시작 속도가 몇 배 변하는지 비교합니다.

A 농도를 2배 했더니 속도가 2배면 A에 대해 1차입니다. 4배가 되면 2차, 변하지 않으면 0차입니다.

자료표를 읽을 때는 한 번에 한 변수만 바뀐 실험쌍을 고르는 것이 핵심입니다.

다음 시간에는 속도식 속 k가 왜 온도에 민감한지 봅니다. 그 문을 여는 말이 활성화 에너지와 아레니우스 식입니다.