2.8 : 온도 변화가 반응 속도에 미치는 영향

아레니우스 방정식은

많은 화학 반응에 대한 활성화 에너지와 속도 상수 k를 연관시킵니다.

많은 화학 반응에 대한 활성화 에너지와 속도 상수 k를 연관시킵니다.

이 방정식에서 R은 값이 8.314 J/mol·K인 이상 기체 상수이고, T는 온도(켈빈), E_a는 활성화 에너지(몰당 줄), e는 상수 2.7183, A는 상수입니다. 충돌 빈도수와 반응 분자의 방향과 관련된 주파수 인자라고 합니다.

주파수 인자 A는 반응 조건이 반응물 분자 사이의 올바른 방향 충돌을 얼마나 잘 선호하는지를 반영합니다. 효과적으로 방향이 지정된 충돌의 확률이 증가하면 A 값이 커지고 반응 속도가 빨라집니다.

지수 항인 e^−Eₐ/RT는 활성화 에너지가 반응 속도에 미치는 영향을 설명합니다. 분자 운동 이론에 따르면, 물질의 온도는 구성 원자나 분자의 평균 운동 에너지를 측정한 것입니다. 활성화 에너지가 낮을수록 적절하게 에너지를 받은 분자의 비율이 더 높아지고 반응이 더 빨라집니다.

지수항은 또한 온도가 반응 속도에 미치는 영향을 설명합니다. 더 높은 온도는 활성화 장벽(E_a)을 극복하기에 충분한 에너지(RT)를 보유하는 분자의 더 큰 부분을 나타냅니다. 이는 속도 상수에 대한 더 높은 값을 산출하고 그에 따라 더 빠른 반응 속도를 만들어 냅니다.

반응물이 충돌할 때 생성물을 형성하는 데 필요한 최소 에너지를 활성화 에너지(E_a)라고 합니다. 필요한 활성화 에너지와 반응물 분자 충돌에 의해 제공되는 운동 에너지의 차이는 화학 반응 속도에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 활성화 에너지가 분자의 평균 운동 에너지보다 훨씬 크면 빠르게 움직이는 소수의 분자만이 반응할 수 있는 충분한 에너지를 가지므로 반응은 느리게 발생합니다. 활성화 에너지가 분자의 평균 운동 에너지보다 훨씬 작다면, 많은 분자가 적절한 에너지를 갖고 반응이 빠르게 진행될 것입니다.

반응 다이어그램은 관심 있는 반응의 다양한 특성을 설명하기 위해 화학 동역학에서 널리 사용됩니다. 이는 반응이 진행되면서 화학 시스템의 에너지가 어떻게 변화하여 반응물을 생성물로 변환하는지 보여줍니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다Openstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.