반응 속도

[류명한]

.8 반응속도에 영향을 주는 요인

(1) 빠른 반응과 느린 반응

  1) 빠른 반응
    ① 폭발 반응
    ② 연소 반응
    ③ 이온 사이의 반응(앙금 생성 반응, 산과 염기의 중화 반응)
    ④ 산과 금속의 반응 등

  2) 느린 반응
    ① 철의 부식
    ② 석회동굴과 종유석의 생성 반응
    ③ 분자 사이의 반응(이온 사이의의 반응과 상대적 비교임)
    ④ 광합성, 과일이 익는 반응, 발효나 부패하는 과정 등

(2) 반응 속도
화학 반응이 일어나는 빠르기로 단위 시간 동안 반응 물질의 감소량 또는 생성 물질의 증가량으로 나타낸다. 단위 : g/초, ㎖/초 등 → 질량/시간, 부피/시간, 농도/시간 등으로 표시


  → 시간이 지날수록 반응 속도는 점점 느려진다.
    ∵ 반응 물질의 양이 줄어들기 때문 or 반응 물질의 농도가 감소하기 때문

  1) 화학 반응이 일어나기 위한 필수 조건
    ① 충돌횟수(유효충돌) : 반응 물질의 입자가 충분한 에너지를 가지고 적절하게 충돌해야 한다.
    ② 활성화 에너지(Ea) : 반응이 일어나는데 필요한 최소한의 에너지 → (Ea↑- 반응속도↓)


    - 반응물질을 a → b 로 진행시키기 위한 에너지를 '활성화 에너지'라고 한다.
    - b → c 로 진행할 때 반응열이 발생하는데 이러한 반응을 '발열 반응'이라고 한다.
    - 역으로 c → b 로 진행할 때 필요한 에너지를 ' 역반응의 활성화 에너지'라고 한다.
    - 이 때는 열을 흡수하여야 하므로 이러한 반응을 '흡열 반응'이라고 한다.

  2) 반응 속도에 영향을 끼치는 요인
  충돌횟수 → (①표면적, ②반응 물질의 농도), Ea → (③ 온도, ④촉매)

    ① 반응 물질의 표면적 : 물질의 표면적이 넓을수록 충돌 횟수가 증가하므로 반응 속도가 빨라진다. ∵ 반응물질의 크기 감소 → 접촉면적(표면적)의 증가 → 반응속도 증가
    예)
      - 가루로 된 내복약은 알약보다 빨리 흡수되고 효과도 더 빠르다.
      - 소장의 벽은 주름이 많아 영양소의 흡수가 빠르다. → 융털
      - 공기중에서 강철조각은 연소되지 않지만, 강철솜은 쉽게 연소된다.
      - 캠프파이어 때 통나무를 쪼개서 사용
      - 탄광 갱내의 석탄가루, 밀가루 창고 → 폭발

    ② 농도와 반응 속도 : 반응 물질의 농도가 진할수록 반응 속도는 빨라진다.
      ∵ 반응 물질의 농도 증가 → 단위 부피 속의 입자수 증가 → 충돌 횟수 증가 → 반응속도 증가
    예)
      - 가는 철사를 달구어 산소가 든 집기병 속에 넣으면 공기 중보다 더 밝은 빛을 내면서 탄다.
      - 촛불에 비커를 씌워 놓으면 잠시 후 불이 꺼진다.
      - 건조한 기후보다 습한 기후에서 철의 부식이 빨라진다.
      - 연탄가스 중독 환자를 고압 산소실에서 치료한다.

    ③ 압력과 반응 속도(기체일 경우) : 압력이 높을수록 반응속도는 빨라진다.
      ∵ 압력 증가 → 부피 감소 → 단위 부피당 입자수 증가 → 충돌 횟수 증가 → 반응 속도 증가

    ④ 온도와 반응 속도 : 온도가 높을수록 반응 속도가 빨라진다.
      ∵ 온도 상승 → 반응 물질의 분자 운동 활발 → 충돌 횟수 증가 → 반응 속도 증가
          온도 상승 → 활성화 에너지 이상의 에너지를 지닌 입자수 증가 → 충돌 횟수 증가 → 반응 속도 증가
      - 일반적으로 온도가 10℃ 상승하면 반응 속도가 약 2배정도 빨라진다.


    예)
      - 겨울철보다 여름철에 음식물이 빨리 상한다.
      - 냉장고를 사용하면 음식물을 오래 보관할 수 있다.
      - 광합성의 속도가 30～40℃에서 가장 활발히 일어난다.
      - 전자레인지, 비닐하우스
      - 압력솥을 사용하면 밥맛이 더 좋다.
      - 매머드의 썩지 않은 시체가 시베리아에서 발견

    ⑤ 촉매와 반응 속도
    정촉매는 반응 속도를 증가 시키고, 부촉매는 반응속도를 감소 시킨다.
   
    (촉매)
    화학 반응에 참여하여 자신은 반응 전후를 통하여 변하지 않고 반응 속도만을 변화시키는 물질. 즉 촉매는 활성화 에너지의 크기만을 변화시킬 뿐 자신은 변화되지 않는다.


    ⓐ 정촉매 : 반응 속도가 증가 ∴ 활성화 에너지를 감소시킴
      - 과산화수소(MnO2)를 분해할 때 이산화망간, 혈액 속의 카탈라아제, 감자즙 등을 넣어 준다.
      - 암모니아를 합성할 때 철을 넣어 준다.
      - 된장이나 간장을 만들 때 누룩을 넣어 준다.
      - 녹말은 침에 의해, 단백질은 위액에 의해 쉽게 분해된다.

    ⓑ 부촉매 : 반응 속도가 감소 ∴ 활성화 에너지를 증가시킴
      - 방부제
      - 과산화수소((MnO2))의 분해를 억제할 때 인산을 넣어 준다.