[일반화학실험] 화학 반응 속도

소개

"[일반화학실험] 화학 반응 속도"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 방법
4. 결과
5. 고찰
6. 참고문헌

본문내용

3. 실험 목적 : 과산화 수소가 물과 산소로 분해되는 반응의 속도 상수와 반응 차수를 결정하고 화학 반응의 속도에 영향을 주는 인자를 알아본다.
4. 실험 원리
1) 화학 반응의 열역학적 해석과 속도론적 해석
열역학에서 화학 반응의 방향을 결정하는 함수를 자유 에너지(free energy)라고 하며 반응의 진행방향과, 생성되는 생성물의 양, 남아있는 반응물의 양에 대한 정보를 준다.
< G = H – TS (G:자유 에너지, H:엔탈피, S:엔트로피, T:온도) >
따라서 일정온도에서 계의 자유 에너지 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다
< △G = △H – T△S >
여기서 말하는 자유 에너지는 일을 하는데 사용 할 수 있는 에너지를 말하며, 어떤 반응이 자유 에너지를 방출하면서 일어나면 (△G < 0 )이면 반응이 자발적으로 일어나는 것이다
예를 들어 25℃인 용기에 1기압의 수소 기체와 1기압의 산소 기체를 섞어 놓았을 때, 자유 에너지 변화량은 -237kJ/mol 이다. 따라서 반응이 자발적으로 일어나므로 물이 생성되야 하는데, 우리는 쉽게 물이 생성되는 것을 관찰 할 수 없다.
이처럼 열역학적으로 생성물이 만들어지더라도, 반응이 매우 빠르게 진행되지 않으면 반응의 진행을 관찰할 수 없다. 따라서 화학 반응을 이해하기 위해서는 화학반응의 속도 또한 알아야 한다.
화학반응이 일어나기 위해서 분자들은 서로 충돌해야 한다. 따라서 반응물의 농도가 클수록 초 당 분자간의 충돌 횟수가 늘어나므로 반응속도가 빨라진다. 하지만 모든 충돌이 반응으로 이어지는 것이 아니다.
반응이 일어나기 위해서, 충돌하는 분자들은 화학 반응이 일어나는데 필요한 최소에너지인 활성화 에너지(activation energy, E_a)이상의 운동 에너지를 가져야한다. 분자가 충분한 에너지를 가지고 충돌하면, 생성물이 생성되기 전 일시적으로 전이 상태(transition state)가 형성되는데, 분자가 전이 상태가 되기 위해서는 활성화 에너지 만큼의 에너지가 필요하다.

참고자료

· 이홍인(2014). 일반화학실험, 서울:자유아카데미
· Raymond Chang외 1명(2016). 레이먼드 창의 일반화학(12권) 서울:사이플러스
· 사이언스 올. 자유에너지,전이상태,반응속도 2019.11.07, https://www.scienceall.com/
· JK글로벌. 과산화수소 분해 촉매, 2019.11.07 http://jkcatalyst.com/index.php
· 위키백과. 촉매.과산화 수소 2019.11.07, https://ko.wikipedia.org