반응 속도와 충돌 이론 시뮬레이터

반응 속도 시뮬레이터 사용법

1. 상자 안에는 빨간 A 분자와 파란 B 분자가 날아다니며 서로 튕깁니다. A가 B와 충분히 세게, 두 중심을 잇는 선을 따라 활성화 에너지보다 큰 에너지로 부딪치면 반응합니다. 번쩍인 뒤 초록 C 분자가 그 자리를 차지합니다.
2. 온도를 올리면 분자가 빨라지고, 충분한 에너지를 가진 충돌의 비율이 충돌 횟수보다 훨씬 빠르게 늘어납니다. A나 B를 늘리면 초당 충돌이 늘어납니다. 촉매 넣기를 체크하면 장벽이 낮아져 같은 온도에서 속도가 뛰어오릅니다.
3. 상자에서 센, 반응한 A–B 충돌의 비율을 이론이 예측하는 e^(−Ea/RT)와 비교하세요. 그래프는 에너지의 맥스웰-볼츠만 분포이며 활성화 에너지를 빨간 선으로 보여 줍니다. 그 너머의 빗금 친 꼬리가 반응하는 부분입니다.

자주 묻는 질문

충돌 이론이란 무엇인가요?

분자는 충분한 에너지와 알맞은 방향으로 부딪칠 때만 반응합니다. 속도는 초당 충돌 수에 성공하는 비율을 곱한 것입니다. 같은 공간에 분자가 많으면 충돌이 늘고, 온도가 높으면 충돌이 늘면서, 훨씬 더 중요하게도 충분한 에너지를 가진 비율이 커집니다.

온도를 조금만 올려도 반응이 왜 그렇게 빨라지나요?

활성화 에너지보다 큰 충돌의 비율이 e^(−Ea/RT)이고, 이것이 T에 따라 가파르게 커지기 때문입니다. Ea가 흔한 값인 50 kJ/mol이면 25 °C에서 35 °C로 올릴 때 그 비율이 약 90% 늘어납니다. 10 °C마다 속도가 두 배가 된다는 경험칙입니다. 분자의 평균 에너지는 3%만 늡니다.

촉매는 어떻게 작용하나요?

촉매는 예를 들어 표면에 분자를 알맞은 자리로 붙잡아 두어, 활성화 에너지가 낮은 다른 경로를 반응에 줍니다. 그러면 같은 온도에서 훨씬 많은 충돌이 장벽을 넘습니다. 촉매는 소모되지 않고 정반응과 역반응을 똑같이 빠르게 하므로 평형의 위치는 바꾸지 않습니다.

여기서 활성화 에너지는 왜 이렇게 작나요?

반응이 일어나는 것을 볼 수 있게 하려는 것입니다. 실제 활성화 에너지 50~100 kJ/mol이면 실온에서 10⁹~10¹⁸번 충돌 중 한 번만 성공해서, 분자 160개짜리 상자에서는 기다리는 내내 하나도 반응하지 않습니다. 시뮬레이션은 2~25 kJ/mol을 쓰지만 식은 같고, 아레니우스 비가 더 큰 Ea의 효과를 보여 줍니다.

WebGL이 꺼져 있다고 나옵니다.

3D 화면에는 WebGL이 필요하며, 최신 브라우저는 모두 지원합니다. 브라우저 설정에서 하드웨어 가속이 꺼져 있거나 그래픽 드라이버가 매우 오래되면 비활성화될 수 있습니다. 하드웨어 가속을 켜거나 다른 브라우저를 사용해 보세요.

무언가 업로드되나요?

아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.