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13.1:

반응 속도

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화학 반응에는 반응물을 생성물로 변환하는 화학적 과정이 포함됩니다. 반응이 진행되면 반응물의 농도는 낮아지고 생성물의 농도는 증가합니다. 반응물 및 생성물 농도의 이러한 분산은 시간의 함수로 그래프에 표시할 수 있습니다.반응이 진행되는 속도를 반응 속도라고 합니다. 반응 속도는 반응물의 소멸 속도 또는 생성물의 형성 속도를 측정하고 초당 몰 농도 단위로 표시합니다. 평균 반응 속도는 특정 기간 동안 반응물 또는 생성물의 농도 변화를 통해 계산할 수 있습니다.몰 농도 값은 괄호로 표시되고 t는 기간을 나타내며 델타 기호는 변화’를 나타냅니다. 화학 반응 중에 반응물이 고갈되기 때문에 반응물의 농도 변화 값은 항상 음수입니다. 따라서 반응물 측면에서 계산된 반응 속도는 음의 부호로 보완되어 전체 값은 양수로 됩니다.반응 속도는 반응의 전 기간에 균일하지 않습니다. 반응이 시작될 때 즉 시간 제로’일 때의 속도를 초기 반응 속도라고 합니다. 반응물의 농도가 감소하면 반응 속도가 감소하거나 반응이 느려집니다.주어진 시점에서의 반응 속도 또는 순간 반응 속도는 관심하는 시점에 반응 곡선에 그려진 탄젠트의 기울기를 계산하여 측정할 수 있습니다. 기울기 값 또는 특정 시점에서의 순간 속도는 모든 반응물 및 생성물에서 동일합니다. 화학 반응의 반응 속도는 또한 반응물과 생성물의 실제 화학당량 계수를 반영합니다.따라서, A의 c 몰이 B의 b 몰과 반응하여 C의 c 몰과 D의 d 몰을 생성하는 모든 균형 반응의 경우 마이너스 1/a 곱하기 시간에 따른 반응물 A의 농도 변화가 마이너스 1/b 곱하기 시간에 따른 반응물 B의 농도 변화와 같다는 일반적인 공식을 사용하여 반응 속도를 표현하고 계산할 수 있습니다. 이 값은 1/c 곱하기 생성물 C의 시간에 따른 농도 변화, 1/d 곱하기 생성물 D의 시간에 따른 농도 변화와 같습니다. 반응 속도를 결정하는 것은 약제나 촉매, 또는 합성 반응이 얼마나 빨리 작용하는지 이해하는 데 도움이 되는 화학적 운동학을 연구하는 데 있어 기본적이며 이를 통해 약물이 기능을 더 잘 발현하고 최적화될 수 있도록 도와줍니다.

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반응 속도

반응 속도는 단위 시간당 반응제 또는 제품의 양이 변화합니다. 따라서 반응 속도는 반응제 또는 제품 양과 관련될 수 있는 일부 특성의 시간 의존성을 측정하여 결정됩니다. 예를 들어, 기체 물질을 소비하거나 생산하는 반응의 비율은 부피 또는 압력의 변화를 측정하여 편리하게 결정됩니다.

반응물질 및 제품의 농도 변화에 대한 수학적 표현은 시간이 지남에 따라 반응에 대한 속도 표현이다. 괄호는 어금니 농도를 나타내고 심볼 델타(Δ)는 “변경”을 나타냅니다.

예를 들어, 과산화수소의 농도, H2O2,수성 용액에서 방정식에 따라 분해됨에 따라 시간이 지남에 따라 천천히 변경됩니다.

 Eq1

과산화수소분해속도는 농도의 변화율측면에서 발현될 수 있다.

 Eq2

따라서[H2O2]t1은 t1시에과산화수소의 어금니 농도를 나타낸다. 마찬가지로,[H2O2]t2는 나중에 과산화수소의 어금니 농도를 나타내며 t2; 및 Δ[H 2 O2]는시간 간격 Δt 동안 과산화수소의 어금니 농도의 변화를 나타낸다 (즉, t2t1). 반응이 진행됨에 따라 반응 농도가 감소하기 때문에 Δ[H2O2]는음수입니다. 반응 속도는, 규칙에 의해, 긍정적 인 양, 그래서 농도의 이 부정적인 변화는 -1곱됩니다.

평균 반응 속도 및 즉각적인 반응 속도

반응 속도는 반응이 진행됨에 따라 시간과 감소에 따라 다릅니다. 시간 간격에 걸쳐 평균 반응 속도는 반응 속도가 변화하는이 기간의 시작과 끝에 농도를 사용하여 계산 될 수있다. 어떤 특정 시간에, 반응이 진행되는 속도는 그것의 즉각적인 비율로 알려져 있습니다. 반응이 시작될 때 “시간 제로”에서 반응의 즉각적인 속도는 초기 속도입니다.

반응의 즉각적인 속도는 두 가지 방법 중 하나에 의해 결정될 수 있다. 실험 조건이 짧은 시간 간격에 걸쳐 농도 변화를 측정할 수 있도록 허용하는 경우 평균 속도계산은 즉각적인 속도의 합리적으로 양호한 근사치를 제공합니다. 또는 그래픽 프로시저를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 과산화수소 분해 예에서는, 시간에 대한 과산화수소의 농도를 플로팅함으로써,H2 O2의분해의 즉각적인 분해 속도는 그 때 곡선에 그려진 접선의 경사로부터 언제든지‘t’를계산할 수 있다.

 Image1

이 그래프는 H 2O2의1.000 M 솔루션에 대한 농도 대 시간 플롯을 보여줍니다. 언제든지 속도는 해당 시간에 곡선에 접선선의 기울기의 음수와 같습니다. 접선은 t = 0h (“초기 속도”) 및 t = 12 h (12 h에서 “즉각적인 속도”)로 표시됩니다.

상대반응비율

반응의 속도는 임의의 반응또는 제품의 농도의 변화로 표현될 수 있다. 주어진 반응에 대해, 이러한 속도 표현은 모두 반응 stoichiometry에 따라 서로 관련이 있습니다. 일반적인 반응의속도 A∞ b B는A의 농도감소 또는 B의 농도 증가 측면에서 발현될 수 있다. 이 두 속도 표현은 반응의 stoichiometry에 의해 관련됩니다, 여기서:

 Eq3

음수 기호는 두 가지 양 변경의 반대 징후를 설명하는 요인으로 포함되었습니다 (제품 양이 증가하는 동안 반응량은 감소합니다).

이 텍스트는 Openstax, Chemistry 2e, 12장 소개 오픈탁스, 화학 2e, 섹션 12.1: 화학 반응 비율에서 채택됩니다.