화학반응속도 시계 반응
분야
hwp1. 실험 목적
화학반응속도에 미치는 여러 가지 인자(factor)의 영향을 이해하는데 있다.
2. 실험 원리
이 실험에서는 화학 반응속도에 미치는 농도의 영향을 조사하는 것이 목적이다. 다음과 같은 I-(요오드이온)이온과 S2O82-(과산화이황산)이온과의 반응을 보자.
2I- + S2O82- → I2 + 2SO42- (1)
반응은 실온에서는 상당히 느리게 진행되는데, 그 반응속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
반응속도 = K[I-]m [S2O82-]n (2)
여기서 K는 반응속도상수이며, m과 n은 반응차수로서 0,1,2,3과 같은 정수이다. 이온의 농도는 mol/l 로 나타낸다. 반응속도는 (2)식에서 알 수 있듯이 반응물질의 농도에 따라서 많은 영향을 받는다. 이 밖에도 반응속도는 온도와 촉매의 영향도 받지만 이 실험에서는 반응속도에 미치는 농도의 영향만을 조사하기로 한다.
또한 반응속도는 단위시간에 감소하는 반응물질의 농도로서 주어지므로 여러 가지 농도를 써서 위와 같은 실험을 하면 반응속도를 구하는데 필요한 데이터를 얻을 수 있다.
반응물이 동일한 반응의 속도에 영향을 미치는 요인으로는 반응물의 농도, 반응온도, 촉매 등을 들 수 있으며 고체가 관여하는 반응에서는 고체의 표면적도 큰 영향을 미친다.
① 농도의 영향
다른 조건이 모두 같다면 특정한 반응의 진행속도는 주로 반응물의 농도에 의존한다. 예를 들면 연소반응에서 산소가 20%인 공기 중에서보다 순수한 산소 중에서는 반응이 훨씬 빨리 진행된다. 반응물의 농도가 커지면 반응속도가 증가되는 것은 충돌이론의 관점에서 보면 쉽게 설명될 수 있다. 즉 반응물의 농도를 증가시키면 같은 부피 안에 들어있는 분자나 이온의 수가 많아지므로 그들 사이의 충돌 횟수가 많아져서 반응속도가 빨라진다.
② 반응온도의 영향
석탄의 산화는 낮은 온도에서는 아주 천천히 일어나지만 고온에서는 급속도로 진행된다. 대부분의 경우에 있어서 균일계에서 반응속도는 온도가 10℃ 상승할 때마다 약 2배로 증가한다. 온도의 상승에 따르는 반응속도의 증가 역시 충돌이론으로 설명된다. 반응물의 온도가 높아지면 분자의 평균속도가 커지므로 같은 시간에 일어나는 분자들의 충돌수도 많아진다. 또한 온도가 상승하면 분자들이 충돌하여 반응이 실제로 일어나는 데 필요한 최소한의 에너지(활성화 에너지)를 갖는 분자수가 증가한다.
일반화학실험(대학화학교재연구회)
싸일러스 2007.
화학의 세계
화학교재편찬위원회, 지샘 1999.
일반화학[제 7 판]
Raymond Chang chemistry, 자유 아카데미
