반응 속도론: 학습 가이드

핵심 개념

반응 속도론은 반응이 얼마나 빨리 진행되는지를 다룬다. 속도 법칙은 속도 상수 k를 통해 속도를 농도와 연결하고, 반응 차수가 농도가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 정한다.

• 속도 법칙은 속도 = k[A]ⁿ이며, 차수 n은 계수가 아니라 실험으로 구해야 한다.
• 1차 반응에서는 ln[A]가 시간에 따라 직선적으로 줄어들고 반감기 t½ = 0.693 ÷ k는 처음 농도에 의존하지 않는다.
• 0차 반응에서는 [A]가 직선적으로, 2차 반응에서는 1 ÷ [A]가 직선적으로 변한다. 이들의 반감기는 처음 농도에 의존한다.
• 아레니우스 식 k = A·e^(−Eₐ ÷ RT)는 온도가 높거나 활성화 에너지가 낮을수록 반응이 빠르다는 것을 나타낸다.

핵심 식

• rate = k[A]ⁿ
• ln[A] = ln[A]₀ − kt (first order)
• t½ = ln 2 ÷ k = 0.693 ÷ k
• 1 ÷ [A] = 1 ÷ [A]₀ + kt (second order)
• k = A·e^(−Eₐ ÷ RT)

풀이 예제

1차 반응의 k = 0.0231 min⁻¹이다. 반감기는 0.693 ÷ 0.0231 = 30 min이다. 90 min 후는 반감기 세 번이므로 (½)³ = 12.5 %가 남는다. 확인: e^(−0.0231 × 90) = e^(−2.08) = 0.125.

자주 하는 실수

• 균형 잡힌 반응식의 계수에서 반응 차수를 읽는 것.
• 1차가 아닌 반응에 1차 반응의 반감기 식을 쓰는 것.
• 아레니우스 식에서 켈빈을 쓰지 않거나 R과 Eₐ의 단위를 맞추지 않는 것.

연습

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