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[자연과학] [실험보고서] 화학 반응 속도 [시계반응]

실험 제목; 화학 반응 속도 (시계반응)

1. 실험 목적
반응 물질의 농도를 달리하여 시계반응으로 속도를 측정하고, 반응속도 상수와 반응차수를 구한다.

2. 실험 이론
① 반응 속도
물체의 운동을 나타낼 때 물체가 얼마나 빠르게 이동하고 있는가에 대한 척도로 속도(velocity)를 이용한다. 화학 반응에 대해서도 반응이 얼마나 빠르게 일어나는가에 대한 척도로 반응 속도(reaction rate)를 사용한다.
반응 속도는 평형과는 엄격히 구분되어야 한다. 그래서 화학자들은 반응 속도 측면에서 안정한 물질(즉, 속도론적으로 안정한 물질)과 평형적 측면에서 안정한 물질(즉, 열역학적으로 안정한 물질)을 구분해서 사용한다.
열역학적으로 안정하지만 분해 속도가 매우 빨라 속도론적으로 불안정해 쉽게 분해되는 물질이 있는 반면, 열역학적으로 불안정해도 분해 속도가 매우 느려 속도론적으로 안정하여 오랫동안 그 상태로 남아있는 다이아몬드와 같은 물질도 있다. 그러므로 반응 속도만으로 물질의 안정성을 판단해서는 안된다.
반응 속도는 단위 시간 동안 반응 물질 또는 생성 물질의 농도 변화량으로 정의되며, M/s(mol/L?sec)의 단위를 갖는다. 또한 화학 반응식만으로 반응 속도에 대해서 언급하게 되면 정확히 어떤 물질의 소멸 속도인지 생성 속도인지 의미가 모호해지기 때문에 어떤 물질의 소멸 속도 혹은 생성 속도를 명시해 주는 것이 좋다.


v
t
t
농
도
생성물
반응물
정반응
역반응

반응 속도를 생성 물질의 농도 변화량이라고 정의하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

반응속도 〓 반응 물질 농도의 변화량 〓 생성 물질 농도의 변화량
반응 시간 반응 시간

반응 속도를 측정하기란 쉬운 일이 아니다. 반응 속도는 온도에 매우 민감한데, 반응할 때 나오는 반응열 때문에 온도를 일정하게 유지시키기는 어렵다. 또한 반응 속도는 시간에 따라 달라지는데, 시간마다 물질의 농도를 측정할 수 없다. 그렇기 때문에 엄밀하게 순간적인 반응 속도를 구하는 것은 불가능하다. 따라서 보통 반응 속도를 측정할 때 여러 가지 근사를 이용하거나 평균적인 값을 이용한다.
- 기체 발생 반응 : 기체가 발생하는 반응은 단위 시간 동안 발생하는 기체의 부피를 측정하거나, 기체 발생으로 인한 단위 시간당 질량의 감소량을 측정하면 반응 속도를 구할 수 있다.

? 부피 측정법
부피 측정법은 염소산칼륨(KClO₃)의 열분해처럼 생성 물질이 기체일 때 주사기나 메스실린더 등을 이용하여 일정 시간 간격으로 발생한 기체의 부피를 측정하여 구한다.

반응 속도(mL/s) 〓 발생하는 기체의 부피(mL)
반응 시간(s)

발생한 기체의 부피를 이상기체 상태 방정식을 이용하여 반응 속도를 몰 수에 관한 식으로 바꿔주면 mol/s의 단위를 가지는 반응 속도를 구할 수 있다.

? 질량 측정법
질량 측정법은 기체가 발생하는 동안에 발생한 기체가 반응 용기를 빠져나가면 감소한 질량이 발생한 기체의 질량과 같으므로 시간에 따른 질량 변화를 측정하여 반응 속도를 구한다.

반응 속도(g/s) 〓 감소한 기체의 질량(g)
반응 시간(s)

이 경우도 부피 측정법과 마찬가지로 질량을 기체의 분자량으로 나누어 주면 mol/s의 단위를 가지는 반응 속도를 구할 수 있다.

- 앙금 생성 반응 : 앙금 생성 반응은 일정량의 앙금이 형성될 때까지 걸리는 시간을 측정하여 반응 속도를 구한다. 하지만 이 방법은 절대적인 반응 속도값을 얻을 수 없으며 앙금의 색에 따라 개인 차이가 날 수도 있다.

반응 속도(s?¹) 〓 1
반응 시간(s)

② 반응 속도 상수와 반응 차수
반응 aA + bB → C에 대한 C의 생성 속도를 반응 속도로 정


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11056649&sid=leesk55&key=



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