반응 속도
화학 반응은 빠르게 일어나기도 하고 느리게 일어나기도 해요. 반응 속도는 일정한 시간 동안 반응물이나 생성물의 양이 얼마나 변하는지로 나타내요. 센서로 반응 속도를 재 보고, 1차 반응의 반감기를 확인한 뒤, 분자들의 충돌로 농도 · 온도 · 촉매가 반응 속도를 바꾸는 까닭을 알아보세요.
2022 개정 교육과정물질과 에너지 반응 속도 · 화학 반응 속도와 반응 속도식, 1차 반응의 반감기, 유효 충돌과 활성화 에너지, 농도 · 온도 · 촉매와 반응 속도, [12물에04-01~04]화학 실험 초기 반응 속도 측정과 반응 차수, 농도 · 온도 · 촉매가 반응 속도에 미치는 영향 실험 설계, [12화실03-07], [12화실03-08]고급 화학 유효 충돌과 충돌 이론, 촉매에 따른 활성화 에너지 변화, [12고화04-09], [12고화04-11]지구과학 실험 방사성 동위 원소의 반감기와 절대 연령 측정과 연계, [12지실01-10]
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이하은T 과학 실험실
묽은 염산의 농도
마그네슘 모양
접선을 그을 시각
처음 농도
온도
농도 (A, B 각각)
촉매
온도
빠르기
시간에 따른 기체의 압력
플라스크 속 기체의 압력이에요 · 주황 선은 고른 시각의 접선(기울기 = 순간 반응 속도)
실험 기록 (반응 시간을 3구간으로 나누어 평균 반응 속도 비교)
시간에 따른 A의 농도
점선은 처음 농도의 1/2, 1/4, 1/8 · 세로선은 그 농도가 된 시각
A의 농도B의 농도앞선 실험
A의 농도와 반응 속도
2초마다 잰 반응 속도예요 · 선은 v = k[A]
잰 반응 속도v = k[A]
반감기 기록
분자 운동 에너지 분포
색칠한 부분이 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자예요 · 점선은 25 °C
지금 온도25 °C활성화 에너지
반응 진행에 따른 엔탈피
촉매를 쓰면 활성화 에너지가 달라져요 · 반응 엔탈피(ΔH)는 그대로예요
촉매 없음정촉매부촉매
시간에 따른 생성물 C의 수
기울기가 클수록 반응 속도가 빨라요 · 흐린 선은 앞선 조건
반응 속도
얼마나 빨리 변할까?
- 일정한 시간 동안 반응물의 농도 감소량이나 생성물의 농도 증가량
- 기체의 부피 · 압력, 질량, 색, 앙금이 생기는 시간 등으로 잴 수 있어요
- 평균 반응 속도는 두 점을 이은 직선의 기울기, 순간 반응 속도는 접선의 기울기
반응 속도식
v = k[A]ᵐ[B]ⁿ
- k는 반응 속도 상수로 온도에 따라 달라져요
- 반응 차수 m, n은 화학 반응식의 계수가 아니라 실험으로 구해요
1차 반응
반감기가 일정해요
- 반응 속도가 반응물의 농도에 비례해요 (v = k[A])
- 반감기는 처음 농도와 관계없이 일정하고, k가 클수록 짧아요
- 방사성 동위 원소의 붕괴, 약물의 분해 등이 1차 반응이에요
유효 충돌
부딪힌다고 다 반응하지 않아요
- 반응에 알맞은 방향으로, 활성화 에너지 이상의 에너지를 가지고 충돌해야 반응해요
- 활성화 에너지는 반응이 일어나는 데 필요한 최소한의 에너지예요
농도 · 온도 · 촉매
반응 속도를 바꾸는 조건
- 농도가 크거나 표면적이 넓으면 충돌 수가 늘어나요
- 온도가 높으면 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자가 많아져요
- 정촉매는 활성화 에너지를 낮추고, 부촉매는 높여요
생각해 보기
- ① 탭에서 반응 시간을 세 구간으로 나누면 어느 구간의 평균 반응 속도가 가장 빠른가요? 시간이 지날수록 반응 속도가 느려지는 까닭은 무엇일까요?
- 묽은 염산의 농도를 2 M로 바꾸거나 마그네슘을 가루로 바꾸면 처음 반응 속도가 어떻게 달라지나요? 마지막 압력은 왜 같을까요?
- ② 탭에서 처음 농도를 1.0 M, 0.5 M, 0.25 M로 바꾸어 반감기를 비교해 보세요. 온도를 높여 k가 커지면 반감기는 어떻게 되나요?
- ③ 탭에서 온도를 높이면 충돌 수와 유효 충돌의 비율이 각각 어떻게 변하나요? 어느 쪽이 반응 속도에 더 큰 영향을 주나요?
- 정촉매를 넣으면 에너지 분포 곡선의 색칠한 부분이 왜 넓어질까요? 촉매를 넣어도 반응 엔탈피가 변하지 않는 까닭도 설명해 보세요.
- 냉장고에 음식을 보관하는 것, 장작을 잘게 쪼개 불을 피우는 것, 자동차의 배기가스 정화 장치는 각각 어떤 조건과 관련이 있을까요?