์ถฉ๋ ์ด๋ก
์์, ๋ถ์ ๋๋ ์ด์จ์ ์๋ก ๋ฐ์ํ๊ธฐ ์ ์ ์ถฉ๋ํด์ผํฉ๋๋ค. ์์๋ ํํ ๊ฒฐํฉ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ๊น์ด ์์ด์ผํฉ๋๋ค. ์ด ์ ์ ๋ ๋ฐ์ ์๋์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์์ธ์ ํฌํจํ์ฌ ํํ ์ด๋ํ์ ๊ดํ ๋ง์ ๊ด์ธก์ ์ค๋ช ํ๋ ์ด๋ก ์ ๊ธฐ์ด์ ๋๋ค.
์ถฉ๋ ์ด๋ก ์ (i) ๋ฐ์ ์๋๊ฐ ๋ฐ์์ ์๋์ ๋น๋กํ๋ค๋ ์ ์ธ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ฉฐ, (ii) ๋ฐ์์ข ์ ์ ํ์์ ๊ฒฐํฉ๋๋ ์์ ๊ฐ์ ์ ์ด์ ํ์ฉํ๋ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ถฉ๋ํ๋ฉฐ, (iii) ์ถฉ๋์ ๋ฐ์์ข ์ ์์ ๊ป์ง์ ์ํธ ์นจํฌ๋ฅผ ํ์ฉํ๊ธฐ ์ํด ์ ์ ํ ์๋์ง๋ก ๋ฐ์ํ๋ฏ๋ก ์๋ก์ด ์ข (ํํ์ ํํ)์ ์ฌ๋ฐฐ์ดํ ์ ์๋ค.
์๋ฅผ ๋ค์ด, ์ผ์ฐํํ์์ ์ฐ์ ์ฌ์ด์ ๊ฐ์ค ์ ๋ฐ์์์ ๊ณ ์จ ๋ฐ ์๋ ฅ์์ ๋ฐ์ํ๋ ์ฒซ ๋ฒ์งธ ๋จ๊ณ๋ ๋ ๋ถ์ ๊ฐ์ ์ถฉ๋์ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋, ๋ ๋ถ์๊ฐ ์ถฉ๋ํ๋ ๋ง์ ๋ค๋ฅธ ๊ฐ๋ฅํ ์๋ ๋ฐฉํฅ์ด ์์ ์ ์์์ต๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์ถฉ๋ ๋ถ์์ ๋ฐฉํฅ์ ๊ทธ๋ค ์ฌ์ด์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ฐ์์ ํ๋น์ฑ์ ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ๊ฒฐ์ ํ๋ ๋ฐ ํฐ ์๋ฏธ๊ฐ ์์ต๋๋ค.
์ผ์ฐํํ์ ๋ถ์์ ์ฐ์ ๋ฉด์ ์ฐ์ ๋ถ์์ ์ถฉ๋ํ ์ ์์ต๋๋ค. ๋ ๋ค๋ฅธ ์๋ก, ์ผ์ฐํํ์ ๋ถ์์ ํ์ ๋ฉด์ ์ฐ์ ๋ถ์์ ์ถฉ๋ํ ์ ์์ต๋๋ค. ๋ ๋ฒ์งธ ๊ฒฝ์ฐ๋ ์ค์ ํ์ ์์๊ฐ ๋ ๊ฐ์ ์ฐ์ ์์(O = C = O)๋ก ๊ฒฐํฉ๋์ด ์ด์ฐํํ์์ ํ์ฑ์ ์ด๋ํ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ๋ ๋์ต๋๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ์ถฉ๋์ด ์ฌ๋ฐ๋ฅธ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ง๋๋ผ๋ ๋ฐ์์ด ์ด์ฐํํ์๋ฅผ ํ์ฑํ๋๋ก ์งํํ๋ค๋ ๋ณด์ฅ์ ์ ํ์ ์ ๋๋ค. ์ด๋ ์ ์ ํ ๋ฐฉํฅ ์ธ์๋ ์ ํ ํ์ฑ์ ์ด๋ํ๊ธฐ ์ํด ํ์ฑํ ์๋์ง๋ผ๋ ์ถฉ๋ถํ ์๋์ง๋ก ์ถฉ๋์ด ๋ฐ์ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋๋ค. ๋ฐ์์ข ์ด ์ฌ๋ฐ๋ฅธ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ์ถฉ๋ถํ ํ์ฑํ ์๋์ง์ ์ถฉ๋ํ ๋, ํ์ฑํ๋ ๋ณตํฉ์ฒด ๋๋ ์ ์ด ์ํ๋ผ๋ ๋ถ์์ ํ ์ข ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ๊ฒฐํฉํฉ๋๋ค. ์ด ์ข ์ ๋จ๋ช ํ๊ณ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋๋ถ๋ถ์ ๋ถ์ ๊ธฐ๊ธฐ์ ์ํด ํ์งํ ์ ์์ต๋๋ค. ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ ๊ตํ ์คํํธ๋ผ ์ธก์ ์ ์ ํ ์ํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ ์ ์์ต๋๋ค.
์ถฉ๋ ์ด๋ก ์ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋๋ถ๋ถ์ ๋ฐ์ ์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ์ด์ ๋ฅผ ์ค๋ช ํฉ๋๋ค. ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ถฉ๋ ๋น๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํฉ๋๋ค. ์ถฉ๋์ด ๋ง์์๋ก ์ถฉ๋ ์๋์ง๊ฐ ์ ์ ํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ฉด ๋ฐ์ ์๋๊ฐ ๋นจ๋ผ์ง๋๋ค.
ํ์ฑํ ์๋์ง
๋ฐ์์ ๊ฐ์ ์ถฉ๋ ์ ์ ํ์ ํ์ฑํ๋ ๋ฐ ํ์ํ ์ต์ ์๋์ง๋ ํ์ฑํ์๋์ง(Ea)๋ผ๊ณ ํฉ๋๋ค. ๋ฐ์๋ถ์์ ์ถฉ๋ํ์ฌ ์ ๊ณตํ๋ ํ์ฑํ ์๋์ง์ ์ด๋ ์๋์ง์ ์ฐจ์ด๋ ํํ ๋ฐ์์ ์๋์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ฃผ์ ์ธ์์ด๋ค. ํ์ฑํ ์๋์ง๊ฐ ๋ถ์์ ํ๊ท ์ด๋ ์๋์ง๋ณด๋ค ํจ์ฌ ํฌ๋ฉด, ๋ฐ์์ด ์ฒ์ฒํ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ, ์ด๋ ๋น ๋ฅด๊ฒ ์์ง์ด๋ ๋ถ์๊ฐ ๋ช ๊ฐ๋ฟ์ด๋ฏ๋ก ๋ฐ์ํ๊ธฐ์ ์ถฉ๋ถํ ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ๊ฒ ๋ ๊ฒ์ ๋๋ค. ํ์ฑํ ์๋์ง๊ฐ ๋ถ์์ ํ๊ท ์ด๋ ์๋์ง๋ณด๋ค ํจ์ฌ ์์ผ๋ฉด ๋ถ์์ ํฐ ๋ถ์๊ฐ ์ ์ ํ๊ฒ ํ์ฑํ๋ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ๋ฐ์์ ๋น ๋ฅด๊ฒ ์งํ๋ฉ๋๋ค.
๋ฐ์ ๋ค์ด์ด๊ทธ๋จ์ ํํ ์ด๋ํ์ ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋์ด ๊ด์ฌ ์๋ ๋ฐ์์ ๋ค์ํ ํน์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋๋ค. ๊ทธ๊ฒ์ ํํ ์์คํ ์ ์๋์ง๊ฐ ๋ฐ์์ ๊ฑฐ์น๋ฉด์ ์ด๋ป๊ฒ ๋ณํํ๊ณ ๋ฐ์๋ฌผ์ ์ ํ์ผ๋ก ๋ณํํ๋์ง ๋ณด์ฌ์ค๋๋ค.
์๋ฅผ ๋ค์ด, ์ธ์ค์ ์ธ ๋ฐ์์ ๋ํ ๋ค์ ๋ฐ์ ๋ค์ด์ด๊ทธ๋จ์ ๊ณ ๋ คํ์ญ์์ค: + B โ C + D;
๋ค์ด์ด๊ทธ๋จ์ ์ผ์ชฝ์์ ์ค๋ฅธ์ชฝ์ผ๋ก ๋ณผ ์ ์์ต๋๋ค. ์ฒ์์ ์์คํ ์ ๋ฐ์์ฒด (A + B)๋ก๋ง ๊ตฌ์ฑ๋ฉ๋๋ค. ์ถฉ๋ถํ ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ์ง ๋ฐ์์ฑ ๋ถ์๊ฐ ์ถฉ๋ํ๋ฉด, ๊ทธ๋ค์ ๊ณ ์๋์ง ํ์ฑํ ๋ณตํฉ์ฒด ๋๋ ์ ์ด ์ํ๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค. ๋ถ์์ ํ ์ ํ ์ํ๋ ์ดํ์ ์์ ์ ์ธ ์ ํ(C + D)์ ์ฐ์ถํ๊ธฐ ์ํด ๋ถํจํฉ๋๋ค.
๋ค์ด์ด๊ทธ๋จ์ ๋ฐ์์ ํ์ฑํ ์๋์ง์ธ Ea๋ฅผ๋ฐ์์์ ์ ์ด ์ํ ์ฌ์ด์ ์๋์ง ์ฐจ์ด๋ก ๋ฌ์ฌํฉ๋๋ค. ๋ฐ์๋ฌผ์ง๊ณผ ์ ํ ๊ฐ์ ์๋์ง ์ฐจ์ด๋ ๋ฐ์(ฮH)์์ํํผ ๋ณํ์ ํด๋นํ๋ค. ์ด ๊ฒฝ์ฐ, ๋ฐ์์ ์์คํ ์ํํผ์ ๊ฐ์๋ฅผ ์ฐ์ถํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์(ฮH & 0)์ ๋๋ค.
์๋ ๋์ฐ์ค ๋ฐฉ์ ์
Arrhenius ๋ฐฉ์ ์, k = E–Ea / RT๋ ๋ง์ ํํ ๋ฐ์์ ๋ํ ํ์ฑํ ์๋์ง์ ์๋ ์์, K๋ฅผ๊ดํ ๊ฒ์ ๋๋ค.
์ด ๋ฐฉ์ ์์์ R์ ๊ฐ 8.314 J/mol์ ๊ฐ์ง๋ ์ด์์ ์ธ ๊ฐ์ค ์์์ ๋๋ค. K, T๋ ์ผ๋น์ ์จ๋์ด๊ณ , Ea๋ ๋๋์ง๋น ์ค์ ํ์ฑํ ์๋์ง์ด๋ฉฐ, e๋ ์์ 2.7183์ด๋ฉฐ, A๋ ์ถฉ๋๋น๋ ๋ฐ ๋ฐ์ ๋ถ์์ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ์ฃผํ์ ์ธ์๋ผ๊ณ ํ๋ ์์์ด๋ค. ์๋ ๋์ฐ์ค ๋ฐฉ์ ์์ ์ถฉ๋ ์ด๋ก ์ ์ถ์ ์ ์ ์์ฉํฉ๋๋ค. ์ฃผํ์ ์ธ์ A๋๋ฐ์ ์กฐ๊ฑด์ด ๋ฐ์ ๋ถ์ ๊ฐ์ ์ฌ๋ฐ๋ฅด๊ฒ ์งํฅ๋ ์ถฉ๋์ ์ผ๋ง๋ ์ ์ ํธํ๋์ง๋ฅผ ๋ฐ์ํฉ๋๋ค. ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์งํฅ๋๋ ์ถฉ๋์ ํ๋ฅ ์ด ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ A๊ฐ์ด ์ปค์ง๊ณ ๋ฐ์ ์๋๊ฐ ๋นจ๋ผ์ง๋๋ค.
๊ธฐํ๊ธ์์ ์ฉ์ด์ธ e-Ea/RT๋๋ฐ์ ์๋์ ๋ํ ํ์ฑํ ์๋์ง์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ค๋ช ํฉ๋๋ค. ์ด๋ ๋ถ์ ์ด๋ก ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด, ๋ฌผ์ง์ ์จ๋๋ ๊ทธ๊ฒ์ ์ฑ๋ถ ์์ ๋๋ ๋ถ์์ ํ๊ท ์ด๋ ์๋์ง์ ์ธก์ ์ ๋๋ค – ๋ฎ์ ํ์ฑํ ์๋์ง๋ ์ ๋นํ๊ฒ ํ๋ ฅ๋ถ์์ ๋ ์ค์ํ ๋ถ์๋ฐ ๋ ๋น ๋ฅธ ๋ฐ์์ ๊ฒฐ๊ณผ.
๊ธฐํ๊ธ์์ ์ฉ์ด๋ ๋ํ ๋ฐ์ ์๋์ ์จ๋์ ์ํฅ์ ์ค๋ช ํฉ๋๋ค. ๋ ๋์ ์จ๋๋ ํ์ฑํ ์ฅ๋ฒฝ(E a)์ ๊ทน๋ณตํ๊ธฐ์ ์ถฉ๋ถํ์๋์ง(RT)๋ฅผ๊ฐ์ง ๋ถ์์ ์์ดํ ๋ ํฐ๋ถํ์๋ํ๋ธ๋ค. ์ด๋ ๊ฒ ํ๋ฉด ์๋ ์์ ๋ฐ ๊ทธ์ ์์ํ๋ ๋น ๋ฅธ ๋ฐ์ ์๋์ ๋ํด ๋ ๋์ ๊ฐ์ ์ป์ ์ ์์ต๋๋ค.
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์ ๋ ๊ฐ์ ์๋ก ๋ค๋ฅธ ํ์ฑํ ์๋์ง๋ฅผ ์ด๊ณผํ๋ ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ์ง ๋ถ์์ ์์ ๋ ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ ์จ๋์์ ์ฃผ์ด์ง ํ์ฑํ ์๋์ง๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ๋ถ์ ์๋์ง ๋ถํฌ.
์ด ํ ์คํธ๋ Openstax, ํํ 2e, ์น์ 12.5: ์ถฉ๋ ์ด๋ก ์์ ์ ์ฉ๋ฉ๋๋ค.