반응이 얼마나 빨리 진행되는지를 측정한 것을 반응 속도라고 합니다. 1단계 반응의 경우, 속도는 시간 경과에 따른 각 반응물 또는 생성물의 농도 변화에 해당 화학량론 계수의 역을 곱한 값과 같습니다. 시간 경과에 따른 농도의 변화는 시간 t에서의 농도에서 시작 농도를 t로 나눈 값으로 생각할 수 있습니다. 반응 속도는 항상 양수이므로 반응물 발현은 음의 부호를 갖습니다. 이러한 비율은 다단계 반응에서 동일하지 않을 수 있지만 이 관계를 전체 반응에 대한 추정치로 사용할 수 있습니다.
속도 법칙 또는 속도 방정식은 반응 속도와 반응물 농도 사이의 관계를 설명합니다. 이 방정식에서 k는 속도 상수, A와 B는 두 반응물, m과 n은 각각의 반응 순서입니다. 반응 순서는 반응물의 농도와 속도 사이의 관계를 설명하며 화학량론과 관련이 없습니다. 반응 순서는 균형 방정식에서 반응물의 계수와 동일하지 않다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
반응에 두 개 이상의 반응물이 포함된 경우 각 반응물에 대한 반응 순서를 고려해야 합니다. 전체 반응 순서는 반응물의 반응 순서의 합과 같습니다. 예를 들어, 반응물 A가 1차이고 반응물 B가 0차인 경우 전체 반응 차수는 1입니다. 단순 반응에서 가장 일반적인 반응 순서는 0차, 1차 및 2차입니다. 단분자 반응을 예로 들어 살펴보겠습니다.
반응이 0차수인 경우 반응물 농도는 반응 속도에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 반응 속도는 속도 상수인 k와 같습니다. 농도에 대한 반응 속도의 그래프는 수평선입니다.
1차 관계에서 반응물 농도는 반응 속도와 선형적으로 관련됩니다. 따라서, 속도는 속도 상수 곱하기 반응물 농도와 같습니다. 농도에 대한 반응 속도의 그래프는 선형이며 k를 기울기로 합니다.
반응이 2차인 경우 농도와 속도 사이에 2차 관계가 있습니다. 따라서 속도는 속도 상수에 농도의 제곱을 곱한 값과 같습니다. 농도에 대한 비율의 그래프는 포물선이며 k는 기울기입니다.
속도 상수 k는 반응의 활성화 에너지를 반응 속도와 관련시키는 온도 종속 값입니다. 다음 실습 실험에서 이를 살펴보겠습니다.
반응 속도는 일반적으로 초당 리터당 몰로 표시됩니다. 속도는 반응 순서에 관계없이 동일한 단위를 갖습니다. 따라서 속도 상수는 반응 순서에 따라 다른 단위를 갖습니다. 예를 들어, A가 1차이고 B가 0차인 경우 속도 방정식에 리터당 몰의 인스턴스가 하나 있습니다. 따라서 속도 상수는 역초 단위여야 합니다.
그렇다면 반응 순서는 어떻게 결정할까요? 반응 순서는 일련의 테스트를 사용하여 실험적으로 결정해야 합니다. 두 개의 반응물이 있는 경우 한 반응물의 농도를 일정하게 유지하고 다른 반응을 변화시키며 일정량의 생성물을 만드는 데 걸리는 시간을 측정하는 것입니다. 두 번째 반응물에 대해서도 동일한 과정이 반복됩니다. 그런 다음 반응물의 다양한 농도에 대한 속도를 표시하고 0, 1차 또는 2차 그래프처럼 보이는지 확인하여 각 반응물의 순서를 추정할 수 있습니다. 데이터를 해당 비율 방정식과 일치시키면 k도 계산할 수 있습니다.
이 실험실에서는 농도를 변화시키고 반응이 용액을 불투명하게 만드는 데 걸리는 시간을 측정하여 두 반응물의 반응 순서를 결정합니다.