반응이 얼마나 빨리 진행되는지를 측정한 것을 반응 속도라고 합니다. 화학 반응 속도는 반응 속도와 반응물 농도 사이의 관계를 설명하는 속도 법칙에 의해 정의됩니다. 이 방정식에서 k는 속도 상수, A와 B는 두 반응물, m과 n은 각각의 반응 순서입니다.
속도 상수는 관계를 적절한 속도 단위, 초당 리터당 몰로 변환합니다. 따라서 속도 상수는 반응의 전체 순서에 따라 다른 단위를 갖습니다. 그러나 속도 상수는 단순한 단위 변환보다 더 중요합니다. 속도 상수는 활성화 에너지라고 하는 화학 반응이 일어나는 데 필요한 최소 에너지량과 관련이 있습니다.
반응에서 반응물은 위치 에너지의 초기 상태에 있습니다. 반응이 진행됨에 따라 최종 상태에 도달하기 전에 특정 위치 에너지, 즉 활성화 에너지를 극복해야 합니다. 반응의 알짜 에너지는 초기 상태와 최종 상태 간의 차이입니다. 이 차이는 반응이 에너지를 방출한다는 것을 의미하는 음수일 수도 있고 에너지를 흡수한다는 것을 의미하는 양수일 수도 있습니다.
활성화 에너지를 극복할 수 있는 에너지가 충분하지 않으면 반응이 진행되지 않습니다. 어떤 경우에는 에너지가 열의 형태로 공급될 수 있습니다. 이는 활성화 장벽을 극복하기 위한 추가 에너지를 제공하고 반응을 진행할 수 있습니다. 촉매를 추가할 수도 있으며, 이는 반응물과 생성물 사이에 대안적인 낮은 활성화 에너지 경로를 제공합니다.
촉매는 반응에서 소비되지 않으므로 반응의 순 에너지에 영향을 미치지 않습니다. 활성화 에너지는 실험적으로 결정되며, A는 사전 지수 또는 주파수 계수, R은 범용 기체 상수, T는 반응이 발생하는 절대 온도인 Arrhenius 방정식에 의해 반응 상수 k와 관련됩니다.
이 방정식에서 우리는 반응 온도를 높이거나 활성화 에너지를 줄이면 속도 상수가 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 속도 법칙 방정식으로 돌아가서, 속도 상수가 높을수록 반응 속도가 높아집니다. 온도가 상승함에 따라 분자가 더 빨리 움직이고 더 자주 충돌하여 활성화 에너지보다 더 높은 에너지를 가진 분자의 비율이 증가하기 때문에 이는 의미가 있습니다.
이 실습에서는 과산화수소의 분해를 모델 반응으로 사용하여 실험적으로 반응의 활성화 에너지를 측정하는 방법을 배웁니다.