속도 법칙(rate law)과 반응 차수(reaction order...

속도 법칙(rate law)과 반응 차수(reaction order)

 

반응 속도는 평균값임을 알고 있다. 따라서 반응이 일어나는 동안 특정 시간 영역(구간), 가령, 5초-15초, 10초-30초를 선택하여, 그 때의 반응물(생성물) 농도를 측정하면, 반응 속도를 구할 수 있다.

 

그런데, 화학 반응은 반응 초반부에 거의 다 일어나 버린다.

 

짝짓기 게임(?)에 비유할 수 있다. 여기 앉아있는 학생들, 박수 1번, 3번, 5번(짝짝 짝짝짝) 하다가, 사회자가 갑자기 "5명씩 짝짓기"라고 외치면, 대부분 짧은 시간 내에 5명씩 짝을 짓죠?

 

따라서 반응이 진행됨에 따라

① 반응물(생성물)의 농도 변화량이 작다 → 정확히 측정하는 것이 어렵다.

② 역반응이 일어날 수 있기 때문에 측정에 오차가 발생할 수 있다.

→ “초기” 반응 속도 측정

 

 

 

 

 

 

속도 법칙(rate law) : 반응 속도를 속도 상수와 반응물의 농도(초기 농도)로 나타낸 식

 

다음 반응, aA + bB → cC + dD 에 대한 속도 법칙은

 

 

여기서 k, x, y는 반드시 실험을 통해 결정해야 한다. 이론적으로 계산 불가.(아주 중요)

 

 

 

참고) 반응 속도에서의 속도와 속도 법칙에서의 속도

 

반응 속도에서의 속도는 이론적인 속도이고, 속도 법칙에서의 속도는 그 이론적인 속도의 원리(정의)를 이용하여 실제로 측정한 속도이다. 즉, 반응물의 처음 농도를 변화시키면서 측정한 속도이다.

[표 1]에서, 반응물인 [F2] 또는 [ClO2]의 초기 농도를 달리하면서 각각의 반응에 대해 속도를 측정하였는데, 여기서 나타낸 속도는 시간에 따른 반응물의 농도 감소량 또는 생성물의 농도 증가량을 측정한 것이다.

반응 속도에서는 반응물로 속도식을 나타낼 때 (-) 부호를 붙인 반면, 속도 법칙에서 반응물로 속도식을 나타낼 때 (-) 부호를 붙이지 않은 이유(차이)가 위와 같이 두 속도의 성격이 다르기 때문이다.

 

 

 

반응 차수(reaction order) : 속도 법칙에 나타낸 모든 반응물 농도의 지수항의 합

 

 

- 따라서, 반응 차수는 반드시 실험을 통해 결정해야 한다.

 

 

 

※ 속도 법칙에서 지수항인 x 및 y는 화학량론 계수와는 무관하다.

 

영원파님의 파란블로그에서 발행된 글입니다.