2.9: 다단계 반응
화학 반응은 종종 서열에서 일어나는 두 개 이상의 뚜렷한 반응을 포함하는 단계적 방식으로 발생합니다. 균형 잡힌 방정식은 반응종과 제품 종을 나타내지만 분자 수준에서 반응이 어떻게 발생하는지에 대한 자세한 내용은 드러나지 않습니다. 반응 메커니즘(또는 반응 경로)은 반응이 발생하는 정밀하고 단계별 프로세스에 관한 세부 정보를 제공한다. 반응 메커니즘의 각 단계는 기본 반응이라고합니다. 이러한 기본 반응은 단계 방정식에 나타난 바와 같이 순차적으로 발생하며, 전체 적인 반응을 설명하는 균형 잡힌 화학 방정식을 산출합니다. 다단계 반응 메커니즘에서 기본 단계 중 하나가 다른 단계보다 느리게 진행됩니다. 이 가장 느린 단계는 속도 제한 단계(또는 속도 결정 단계)라고 합니다. 반응은 가장 느린 단계보다 빠르게 진행될 수 없으므로 속도 결정 단계는 전체 반응 속도를 제한합니다.
전반적인 반응을 나타내는 균형 잡힌 방정식과 달리, 기본 반응에 대한 방정식은 화학 적 변화의 명시적 표현이다. 기본 반응 방정식은 결합 파괴 / 제작을 겪고 있는 실제 반응제와 형성된 제품을 묘사합니다. 요율법은 초등학교 반응에 대한 균형 잡힌 화학 방정식에서 직접 파생될 수 있다. 그러나, 이것은 대부분의 화학 반응에 대 한 경우, 어디 균형 잡힌 방정식 종종 다단계 반응 메커니즘에서 발생 하는 화학 시스템의 전반적인 변화를 나타냅니다. 따라서, 속도법은 실험데이터로부터 결정되어야 하며, 반응메커니즘은 이후에 금리법에서 추론되어야 한다.
예를 들어 NO2 및 CO의 반응을 고려하십시오.
225 °C 이상의 온도에서이 반응에 대한 실험 속도 법은 다음과 같이 합니다.
요금법에 따르면, CO에 대하여 NO2 및 1차 순위에 대하여 반응은 1차입니다. 그러나, 225°C 이하의온도에서, 반응은 NO2에대하여 2차인 다른 비율법에 의해 기술됩니다:
이 속도 법은 단일 단계 메커니즘과 일치하지 않지만 다음 2 단계 메커니즘과 일치합니다.
금리 결정(느린) 단계는 NO2 농도에 대한 2차 의존성을 나타내는 속도법을 부여하고, 두 개의 기본 방정식의 합은 순 전체적인 반응을 제공합니다.
일반적으로, 속도 결정(느린) 단계가 반응 메커니즘의 첫 번째 단계일 때, 전반적인 반응에 대한 속도법은 이 단계의 요율법과 동일하다. 그러나, 속도 결정 단계가 급속하게 가역적인 반응을 수반하는 초등학교 단계에 선행될 때, 전반적인 반응에 대한 비율법은 반응 중간자의 존재때문에 도출하기 어려울 수 있다.
이러한 경우, 전방 및 역공정의 비율이 같을 때 가역반응이 평형화된다는 개념을 활용할 수 있다.
