반응 속도식과 반응 차수

핵심 정리

화학 반응이 일어나는 빠르기를 반응 속도라 하며, 단위 시간 동안 반응물의 농도가 줄어드는 양이나 생성물의 농도가 늘어나는 양으로 나타낸다. 반응 속도를 반응물의 농도로 나타낸 식을 반응 속도식이라 한다. 반응 속도식은 v=k[\mathrm{A}]^m[\mathrm{B}]^n 꼴로 쓰며, 여기서 k는 반응 속도 상수이고 m, n은 각각 A와 B에 대한 지수이다.

각 반응물의 농도 지수가 그 반응물에 대한 반응 차수를 결정한다. 전체 반응 차수는 각 지수의 합이다. 초기 농도와 초기 속도의 관계를 이용해 차수를 정한다. 반응 속도식의 차수는 실험으로 결정되며 반응 계수와 항상 같지는 않다.반응 속도식의 차수는 실험으로 결정되며 반응 계수와 항상 같지 않다.

반응 속도식에서 한 반응물의 농도 지수가 1이면 그 물질에 대한 반응 차수는 1이다. 1차 반응의 속도는 반응물의 농도에 비례한다. 반응 차수가 1이면 시간에 따른 농도 감소는 지수 함수 관계를 따른다.반응 차수가 1이면 시간에 따른 농도 감소는 지수 함수 관계를 따른다. 속도식이 v=k[\mathrm{A}]이면 순간 반응 속도는 A의 농도에 비례한다.

농도가 변할 때 반응 속도가 그 농도의 제곱에 비례하면 해당 물질에 대한 반응 차수는 2이다.농도에 대해 반응 속도가 제곱에 비례하면 그 물질에 대한 반응 차수는 2이다. 반응 속도식에서 속도는 반응물 농도의 거듭제곱에 비례한다.

같은 반응에서 다른 조건이 같으면, 온도가 일정한 동안 속도 상수도 일정하다. 온도가 달라지면 속도 상수도 달라질 수 있다. 다른 조건이 같을 때 초기 농도 변화에 따라 초기 반응 속도는 해당 농도 지수에 맞게 변한다.

자세히

반응 차수는 실험 자료로 정한다. 가장 기본적인 방법은 초기 농도를 바꾸어 초기 반응 속도를 비교하는 것이다. 한 물질의 초기 농도만 2배로 만들고 나머지 조건을 같게 두었을 때 초기 속도가 몇 배가 되는지를 보면 그 물질의 지수를 알 수 있다. 같은 방법으로 다른 물질에 대해서도 지수를 구하면 전체 반응 차수는 지수들의 합이 된다. 반응 차수는 화학 반응식의 계수를 보고 바로 정하는 값이 아니라는 점이 중요하다.

차수에 따라 농도 변화가 속도에 주는 영향은 다음과 같다. 차수가 0이면 농도가 바뀌어도 속도가 변하지 않는다. 차수가 1이면 농도가 2배가 될 때 속도도 2배가 된다. 차수가 2이면 농도가 2배가 될 때 속도는 4배가 된다.