chemistry: the study of change -...

Figure 1: In Greek mythology Sisyphus

was punished by being forced roll an

immense boulder up a hill, only to watch it

roll back down, and to repeat this action

forever. If this were a chemical reaction,

then it would never be observed, since the

reactants must overcome the energy

barrier to get to the other side (products).

http://chemwiki.ucdavis.edu/

13.4 활성화 에너지

발열 반응(Exothermic Reaction)

흡열 반응(Endothermic Reaction)

활성화 에너지(activation energy, Ea ): 화학 반응이일어나는데 필요한 최소한의 에너지

A + B AB C + D++

활성복합체, 전이상태

반응과정 반응과정

퍼텐

셜에

너지

퍼텐

셜에

너지

Ea 활성화 에너지 (J/mol)

R 기체 상수 (8.314 J/K•mol)

T 절대 온도

A 빈도 인자

아레니우스 식 (Arrhenius equation)

RTEaAek/

아레니우스 식을 사용하여 다음의 이유를 설명하시오.

(a) 활성화 에너지가 증가하면 반응의 속도 상수가 감소한다.

(b) 온도가 증가하면 반응의 속도 상수가 증가한다.

2 2H H H H 반응에 대한 퍼텐셜에너지 대반응 진행도의 그래프를 그리시오.

Arrhenius 식의 선형 방정식

2개 온도 조건 T1과 T2

화학 반응에서 분자 배향(Molecular Orientation)의 중요성

유효한 충돌 생성물을 형성

유효하지 않은 충돌 생성물 형성하지 안음

13.5 반응 메커니즘

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

길찾기:

공덕역 -> 중앙대후문

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

Mechanism:

반응 메커니즘(Reaction mechanism):

생성물을 만드는 일련의 연속적인 기본 반응들

단계 1 : NO + NO N2O2

단계 2 : N2O2 + O2 2NO2

전체 반응 : 2NO + O2 2NO2

중간체(Intermediates):

반응 메커니즘의 기본 단계에서만 나타나고, 전체 화학 방정식에서는 나타나지 않음.

단 분자 반응 A 생성물 속도 = k [A]

이 분자 반응 A + B 생성물 속도 = k [A][B]

이 분자 반응 A + A 생성물 속도 = k [A]2

반응의 분자도

반응의 분자도(molecularity of a reaction): 기본 반응의 각단계에서 반응하는 분자의 개수

* 단분자 반응(Unimolecular reaction): 한 분자가 참여하는 반응

* 이분자 반응(Bimolecular reaction ): 두 분자가 참여하는 반응

* 삼분자 반응(Termolecular reaction): 세 분자가 참여하는 반응

속도 법칙과 반응의 기본 단계

• 메커니즘 속 기본 단계들의 조건:

(1) 기본 반응 단계를 합하면 반응에 대한 전체 균형 반응식이 나와야함

(2) 속도 결정 단계로 예측한 속도 법칙은 실험적으로 얻어진 속도법칙과 같아야 함

• 속도 결정 단계(rate-determining step): 생성물 형성에 관련된 여러단계 중에서 가장 느린 단계

기본 단계 : NO + NO N2O2

기본 단계 : N2O2 + O2 2NO2

전체 반응 : 2NO + O2 2NO2

과산화수소 분해 반응

단계 1은 속도 결정 단계k1 = k

IO-는 중간체I-는 촉매

13.6 촉매 작용

2 /k pizzas year

20 /k pizzas year

촉매(catalyst): 자기 자신은 반응에서 소모되지 않으면서 반응의 활성화에너지를 낮추어 줌으로써 화학 반응 속도를 증가시키는 물질

촉매 미사용 촉매 사용

속도촉매화 > 속도비촉매화

Ea < Ea′

RTEaeAk/

Ea k

T k

불균일 촉매작용(heterogeneous catalysis) : 반응물과촉매가 서로 다른 상(phases)을 가짐.

• 암모니아의 하버 합성법

• 질산 제조의 오스트발트 공정(Ostwald process)

• 촉매 변환기(Catalytic converters)

균일 촉매작용(homogeneous catalysis) : 반응물과 촉매가보통 액체인 동일한 상(phase)을 가짐.

• 산 촉매

• 염기 촉매

• 효소 촉매

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)Fe/Al2O3/K2O

촉매

하버 공정(Haber Process)

촉매 변환기

CO + 불완전 연소 탄화수소 + O2 CO2 + H2O촉매

변환기

2NO + 2NO2 2N2 + 3O2

촉매

변환기

효소 촉매 작용(Enzyme Catalysis)

효소 반응 속도

속도 = d[P]

dt

= k [ES]

Michaelis-Menten kinetics

max[ ][ ]

[ ]d

V Sd Pv

dt K S