화학 · 반응 속도·평형 / 원리와 탐구
촉매와 활성화 에너지 실험 해설
촉매는 반응물이 넘어야 하는 활성화 에너지 장벽이 더 낮은 경로를 제공합니다. 촉매 경로와 온도를 바꾸며 장벽을 넘을 수 있는 입자의 분율과 반응 속도를 비교해 보세요. 반응이 평형에 도달하는 빠르기와 평형에서의 조성은 다른 문제입니다.
어떤 원리인가요?
장벽 이상 입자의 분율이 증가해 반응이 빨라져요. 같은 온도에서 K는 변하지 않아요.
핵심 관계
k촉매/k무촉매 = exp[(50−Ea)×1000/RT]
이렇게 관찰해 보세요
- 촉매 유무를 고르고 장벽과 속도를 비교해요. 무촉매 Ea=50, ΔH=−20 kJ/mol이에요. 두 경로의 시작·끝 에너지는 같아요.
- 25 °C에서 촉매 없음과 Ea 40 kJ/mol 촉매 경로를 기록해요.
- 촉매 경로에서 Ea 또는 온도 하나씩 바꿔요. 평형상수는 촉매 유무로 바뀌지 않아요.
결과를 읽는 기준
촉매가 같은 온도에서 바꾸지 않는 것은?
촉매는 정·역반응의 장벽을 함께 낮춰요. 반응물·생성물 에너지와 ΔH가 같아 K는 같아요.
모형의 범위와 한계
가상 에너지 경로이고 ΔH=−20 kJ/mol이에요. 같은 빈도 인자 A=10⁷ s⁻¹를 가정해요. 볼츠만 에너지 분포를 p(E)=exp(−E/RT)/(RT)인 단일 에너지 자유도 모형으로 단순화했어요. 실제 3차원 병진 에너지 분포·촉매 표면·흡착·다단계 반응은 생략해요. 속도 곡선은 초기 정반응 A 소모만 다루며 평형 조성은 계산하지 않아요.