반응공학 1. 개 요.

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1 반응공학 1. 개 요

2 1.1 개 요 반응공학 ▪ 반응계에 있어서 발생할 것으로 예상되는 변화는 무엇인가? ▪ 반응이 얼마나 빠르게 진행되는가?
1.1 개 요 반응공학 ▪ 반응계에 있어서 발생할 것으로 예상되는 변화는 무엇인가? ▪ 반응이 얼마나 빠르게 진행되는가? N2 + 3H2 = 2NH3, -ΔHr = 109kj/mol (at 773K) here, ΔH : 반응엔탈피(반응열) ☞ 철을 촉매로 한 반응(50% 암모니아 회수) ☞ 암모니아 회수율 향상 방법 : 새로운 촉매개발, 온도 및 압력 변화 화학반응속도론 ▪ 물질이 평형상태에 도달하는 속도와 메커니즘을 연구하는 학문 ▪ Wenzel의 금속과 산의 반응 ☞ 산의 농도 증가 → 반응 촉진 자동차 연비를 향상시키는 방법? ▪ Wilhelmy ☞ 설탕의 반전속도(rate of inversion) → 순간 농도에 비례 ▪ Guldberg & Wagge ☞ 화학반응속도: 반응물질의 활성질량(active mass)에 의존

3 1.2 화학양론(Stoichiometry) N2 + 3H2 → 2NH3 화학양론(Stoichiometry)
▪ 화학반응이 일어날 때 원래의 원자가 없어지거나 새로운 원자가 생겨나지 않으며 각 원자의 양은 전 반응 동안 보존된다는 이론 ▪ 화학반응에서 반응물과 생성물의 양적 관계에 대한 이론 ▪ 일정성분비의 법칙, 배수비례의 법칙 등 N2 + 3H2 → 2NH3 ☞ 반응몰수 : 질소 1분자 + 수소 3분자 = 4몰 ☞ 생성몰수 : 암모니아 2분자 = 2몰 ▪ 화학양론적 방정식의 단순화 예 1. 일산화이질소(Nitrous oxide)의 염분해 2N2O → 2N2 + O2 1단계반응 : N2O → O: + N2 2단계반응 : O: + N2O → N2 + O2 unstable, active

4 1.2 계 속 2. 아세트알데히드의 열분해 CH3CHO → CH4 + CO ⑴ CH3CHO → CH3∙ + CHO∙
1.2 계 속 2. 아세트알데히드의 열분해 CH3CHO → CH4 + CO ⑴ CH3CHO → CH3∙ + CHO∙ ⑵ CH3∙ + CH3CHO → CH4 + CH3CO∙ ⑶ CH3CO∙ → CH3∙ +CO ⑷ CH3∙ + CH3∙ → C2H6 3. 5산화2질소의 분해 2N2O5 → 4NO2 + O2 ⑴ N2O5 → NO2 + NO (fast) ⑵ NO2 + NO3∙ → NO2 + O2 + NO (slow) ☜ 반응속도결정단계 ⑶ NO + NO3∙ → 2NO (fast) here, Reaction ⑵ is the rate-determining step(반응속도 결정단계) ▼ 전체 반응속도 결정 unstable

5 1.3 분자도(Molecularity) 및 단분자 반응
▪ 반응단계에 참여하는 분자수 ▪ 활성착물(activated complex)에서 나타나는 분자, 라디칼(Radical), 자유원자 (free element)의 수 ▪ 단일반응에서 예측되는 반응물 분자수 ▪ 일반적인 화학반응은 1 또는 2의 분자도 단분자반응 A → B (단일반응분자) A → B + C (분해반응) ⑴ H2 C / ＼ → CH3CH=CH H2C — CH2 ⑵ CH3NC → CH3CN ⑶ C2H → CH3

6 1.3 계 속 ⑷ H2 H2C—C │ │ → C2H4 C—CH2 H2 ⑸ C2H5· → C2H4 + H·

7 1.4 2분자반응 동종 또는 이종의 2분자 ▶ 단일 또는 여러 생성물 형성 분해반응의 역반응/ 치환반응 A + B → AB
2A → A2 A + B → C + D 2A → C + D 2분자반응의 예 CH3· + C2H5· → C3H8 CH3· + CH3· → C2H6 C2H4 + HI → C2H5I H· + H2 → H2 + H· ☜ H2 = 2H O3 + NO → O2 + NO ☜ O3 = O2 + ½O2 unstable stable

8 1.5 3분자반응 3분자가 동시에 충돌하여 1 또는 여러 분자를 생성하는 반응 A + B + C → Product
3분자반응 예 2NO + O2 → 2NO2 2NO + Cl2 → 2NOCl (nitrooxychloride) 2I· + H2 → 2HI H· + H· + Ar → H2 + Ar ☜ Ar18 (1S22S22P63S23P6) - stable ☞ 반응종이 자유라디칼, 원자, 이온상태일 때 이용 ☞ 알데히드 분해/ 아세틸라디칼 붕괴에 이용 이용 예 ⑴ CH3CO· → CH3· + CO (단분자반응) ⑵ CH3· + CH3· → C2H (2분자반응 : methyl radical의 재결합) ⑶ 2분자 존재시 영향을 주는 반응 : 3분자반응 CH3· + CH3· + M → C2H6 + M catalyst

9 1.6 반응메커니즘 주어진 실험조건 하에서의 반응속도 예측 조사항목 ▪ 실험결과의 일관성
- 실험 자료가 적은 경우 반응에 대한 메커니즘 도출이 쉬우나, 입증에 대한 한계성 ▶ 기지의 반응속도 자료 전체와 일치할 때 반응 메커니즘의 입증 가능 ▪ 에너지의 가능성 - 분해반응시 끊어진 분자 내에 가장 약한 결합 존재 - 원자 또는 자유라디칼이 수반되는 반응 : 발열 또는 흡열반응 - 요오드화수소의 광분해(photolysis)의 예 H· + HI → H2 + I· ∆H = -134 kj/mol I· + HI → I2 + H· ∆H = 146 kj.mol (흡열반응) - 에톡실기(ethoxyl radical)의 분해가 수반되는 반응메커니즘 C2H5O· → C2H5 + O: ∆H = 386 kj.mol ☜ C2H5OH → C2H5O· + H+ C2H5O·→ CH3CHO + H· ∆H = 85 kj.mol C2H5O· → CH3· + CH2O ∆H = 51 kj/mol C2H5O· → C2H4 + OH· ∆H = 122 kj/mol

10 1.6 계 속 ▪ 미시적 가역반응의 원리 - 역반응이 동일한 경로를 따라 반대방향으로 진행되는 상태
1.6 계 속 ▪ 미시적 가역반응의 원리 - 역반응이 동일한 경로를 따라 반대방향으로 진행되는 상태 - ditertiarybutyl peroxide의 열분해(thermal decomposition) 주어진 반응메커니즘에 대한 고찰 (CH3)3COOC(CH3)3 → 6CH3· + 2CO ☞ 가역반응의 가능성 검토 ☞ 생성물의 분자수(단분자, 2분자, 3분자) 검토 ☞ 생성물의 수가 3개 이상인 경우 역반응 불가능(비가역반응) ▪ 유사반응의 일관성 - 동일계열화합물인데 전혀 다른 메커니즘을 갖는 반응 (할로겐-수소 반응) - 유사성은 지표로 이용 가능하지만 실험 대용으로는 사용 불가 산소부족시 생성

11 반응공학 제 2 장 기본속도법칙

12 2.1 속도방정식 반응물(A) ▶ 생성물(B와 C)로 분해되는 반응 ⑴ A → B + C ▪ 반응진행에 따른 농도변화
▪ 반응속도(reaction rate) - 시간에 따른 측정된 농도 변화 - 시간 t 에서의 반응속도 : 곡선의 기울기 속도 = - d[A]/dt = d[B]/dt = d[C]/dt Here, [ ]: 농도표시 - 반응속도변화 : 시간 경과에 따라 감소 반응물질의 농도변화에 의존 반응속도 ∝ [A]n here, n : 반응차수 반응물질의 감소속도 생성물의 생성속도

13 2.1 계 속 ⑵ A + B → C의 반응 특정 종의 농도변화 속도(Vj)는 Vj = d[j]/dt
2.1 계 속 ⑵ A + B → C의 반응 특정 종의 농도변화 속도(Vj)는 Vj = d[j]/dt 반응식에서 C분자가 생성될 때 A,B분자는 감소하므로 d[C]/dt = -d[B]/dt = -d[A]/dt ⑶ A + 2B → 3C + D의 반응 d[C]/dt = -3d[A]/dt d[D]/dt = ⅓d[C]/dt ▪ 각 성분변화량(nj)과 반응의 진척도(ξ) 반응이 무한소의 양(dξ)만큼 진행될 때 성분 J의 변화량 = υidξ A + 2B → 3C + D ☞ VA(A분자의 농도변화속도) = -1, VB = -2, VC = 3, VD = 1 ☞ A의 변화량 = dnA = -dξ, dnB = -2dξ, dnC = 3dξ, dnD = dξ ∴ 반응속도 ξ = dξ/dt (반응진척도의 변화속도) dnJ = (1/υJ)dnJ/dt

14 2.1 계 속 부피가 일정한 경우 Vj = (vj /V) ξ
2.1 계 속 반응하는 동안 부피변화/ 분자수 일정/ 농도변화 dnJ/dt = υJ(dξ/dt) = υJξ (dnJ/dt)/V = d(nj/V)dt =d[J]/dt = υi 부피가 일정한 경우 Vj = (vj /V) ξ 속도방정식(rate equation) : 속도와 농도 사이의 관계 방정식 - d[A]/dt = kr [A]n here, kr : 특정 온도에서의 반응상수

15 2.2 반응차수 1차 반응 ▪ 반응속도가 반응물질의 농도에 비례 -d[A]/dt = kr[A] 2차 반응
A + B → C + D의 반응 -d[A]/dt = -d[B]/dt = kr[A][B] In general A + B + C + ∙ ∙ ∙ → Product(생성물) 반응속도 = Kr[A]n1[B]n2[C]n3 ∙ ∙ ∙ 반응의 전체차수 = n1 + n2 + n3 + ∙ ∙ ∙ 2N2O5 → 4NO2 + O2 반응식의 속도 표현 ⑴ N2O5의 소실속도 : -d[N2O5]/dt = K1[N2O5] ⑵ NO2의 생성속도 : +d[NO2]/dt = K2[N2O5] ⑶ O2의 생성속도 : +d[O2]/dt = K3[N2O5] ∴ K1 = ½K2 = 2K3

16 2.3 속도상수 1차 반응의 속도방정식 -d[A]/dt = kr [A] 농도/시간 = Kr (농도)
☞ n차 반응에 대한 속도상수 : (농도)-n(시간)-1 ▪ rate constant of (n+1) order reaction ☞ unit : ㎥ ㏖-n s (0.1mold-3 = 100 mol/m3)

17 2.4 반응차수 – 0차 반응속도방정식 0차 반응속도 방정식 ▪ 예 : 표면에서 일어나는 불균일 반응
▪ 반응속도는 반응물질의 농도와 무관 V = -d[A]/dt = k[A]0 = k d[A] = -kdt if The concentration of [A] is [A]0 at t1=0 and [A]t at t2 = t

18 2.5 1차 적분 속도방정식 1차 적분 속도 방정식 A → Product a : A의 초기농도
x : t초 경과 후 A의 감소농도 시간 t에서의 A 농도 : a-x 상기 반응속도는

19 2.6 1차 속도상수 결정 대입법 a-x값 : 전체 반응실험을 통해 시간 t에 대해 실험적으로 결정되며,
이 값을 아래 식에 대입 그래프 이용법 1차 반응인 경우 로부터 시간 t : 를 plotting하면 기울기가 인 직선이 되고 정리하면 다음과 같다 직선의 기울기 : ☜ 속도자료가 직선이면 1차반응

20 2.6 계 속 반감기법 반응의 반감기 : 초기농도 a에서 0.5a로 감소하는데 걸리는 시간(t0.5) 반감기의 상태방정식은
2.6 계 속 반감기법 반응의 반감기 : 초기농도 a에서 0.5a로 감소하는데 걸리는 시간(t0.5) 반감기의 상태방정식은 here, Kr : 어떤 특수한 반응에 대한 상수(초기농도와 무관) In general, 초기농도가 의 분율로 감소할 때 시간 로 주어지며, 일반식은 ☞ 속도상수를 반응의 반감기로부터 직접 계산 가능

21 예제 2.1 다음 결과는 수용액에서 Glucose의 분해 결과를 나타낸 것이다.
☞ 반응이 1차 반응임을 설명하고 반응에 대한 속도상수 계산 ☞ 반감기 계산 Solution) ☞ 반응이 1차 반응임을 설명 상기 표로부터 a = 56.0, 식 로부터 농도 a-x를 적용하면 1차 반응 Glucose 농도(mmoldm-3) 56.0 55.3 54.2 52.6 49.0 시간(min) 45 120 240 480 = a-x = log(55.3) log(a-x)(mmoldm-3) 1.748 1.743 1.734 1.719 1.690 t (min) 45 120 240 480

22 예제 2.1 계속 ☞ 반응상수 계산 t : log[(a-x)]의 그래프를 plotting 하면 직선 ☞ 1차 반응
☞ 반응상수 계산 t : log[(a-x)]의 그래프를 plotting 하면 직선 ☞ 1차 반응 기울기 = × 10-4 min-1 Kr = 2.72 × 10-4 min-1 ☞ 반감기 계산 식 로부터 t0.5 = 0.693/Kr = 0.693/(-1.18×10-4) = 5.87×103 min

23 2.7 2차 적분속도 방정식

24 2.8 초기농도가 같은 동일한 두 종류의 반응

25 2.9 2차 속도상수의 결정

26 예제 2.2 Na2S2O3와 CH3I 사이의 반응 결과이다. 2차 반응임을 설명하시오 Solution)
반응이 2차 반응일 결우 시간 t에서의 반응물질 농도는 각각 a-x, b-x가 된다 ㄷ 시간/분 4.75 10 20 35 55 ∞ [Na2S2O3] 35.35 30.5 27.0 23.2 20.3 18.6 17.1 [CH3I] 18.25 13.4 9.9 6.1 3.2 1.5 시간/분 4.75 10 20 35 55 log(a-x)/(b-x) 0.287 0.357 0.436 0.580 0.802 1.093

27 예제 2.2 계속 시간 t에 대한 log(a-x)/(b-x)를 그래프로 나타내면 직선이 되며, 2차 반응이다.

28 2.9 계 속 -반감기는 초기농도에 역비례 -직접 반감기를 측정하여 속도상수 결정

29 2.9 계 속

30 예제 2.4 단일반응 A → B에서 A의 농도는 0.51 moldm-3로부터 1.03moldm-3까지
변했을 때 반감기는 25℃에서 150초로부터 75초 감소하였다. 반응차수 및 속도상수를 계산하시오. Solution)

31 2.9 계 속

32 2.10 가역반응(Reversible reaction)
1차 반응에서의 가역반응 초기 시간 t 평형상태 A a a-x a-xe B x X e

33 2.10 계 속

34 2.11 평형에 이르는 방법

35 2.11 계 속

36 2.11 계 속

37 2.12 연속반응

38 2.12 계 속

39 2.12 계 속

40 2.12 계 속

41 2.12 계 속 [A]의 농도 : 지수함수적으로 감소 [C]의 농도 : [A]0의 값으로 상승
2.12 계 속 [A]의 농도 : 지수함수적으로 감소 [C]의 농도 : [A]0의 값으로 상승 [B]의 농도 : 최대로 증가하다가 0으로 감소 If k1 ≪ k2, [C] = [A]0 (1-e-k1t)인 1차 반응

42 2.13 반응메커니즘

43 2.13 계 속

44 2.13 계 속

45 2.13 계 속

46 2.13 계 속

47 2.14 사전평형(Pre-equilibrium)

48 2.14 계 속

49 2.14 계 속

50 2.15 평형반응

51 반응공학 제 3 장 반응속도 결정을 위한 실험방법

52 미분법 : 반응물의 초기농도 Na2S2O3

53 적분법 분석을 위한 시료의 회수가 수반되는 방법 연속적으로 반응혼합물을 분석하거나 물리적 성질을 측정할 때 시료처리방법
- 반응혼합물의 시료 제거가 수반되는 방법 - 시료 자체 반응을 중지하기 위해 냉각 또는 희석 - 반응물은 실온에서 시험관내에 봉입 ► 순간적인 반응실험 ► 반응을 멈추기 위해 냉각 ► 성분분석 적정(titration) - 수소와 요오드의 반응실험 H2 + I2 → 2HI ① 수소와 요오드의 증기혼합물을 700K의 석영관 내에서 가열 ② 일정 시간이 지난 후 실온에서 알칼리액에 흡수 ③ 과잉의 수소 포집 ④ 용액 내의 요오드 및 요오드화합물의 농도는 용량법으로 분석

54 계 속 - 에스테르의 산-촉매 가수분해 기울기

55 예제 3.1 Methyl-acetate 어떤 양을 25℃에서 과량의 염산 존재하에서 가수분해 하였다. 정확히 25cm3의 반응혼합물을 취하여 NaOH 용액으로 적정하였을 때 t 시간 후 중화에 필요한 알칼리의 체적은 다음과 같다. 이 반응이 1차 반응임을 나타내고 속도상수를 계산하시오. t/min 21 75 119 ∞ V/cm3 24.4 25.8 29.3 31.7 47.2

56 예제 3.1 계속 반응이 1차 반응이면 적용 (T∞-Tt ) 22.8 21.4 17.9 15.5 log(T∞-Tt) 1.358
반응이 1차 반응이면 적용 (T∞-Tt ) 22.8 21.4 17.9 15.5 log(T∞-Tt) 1.358 1.330 1.253 1.190 시간 t에 대한 log10(T∞-Tt)를 plotting ► 그래프가 직선이면 1차 반응

57 계 속 기체 크로마토그래피 - 기체상 반응의 화학반응속도 연구에 이용 - 미량의 여러 가지 물질의 동시 분석 가능
계 속 기체 크로마토그래피 - 기체상 반응의 화학반응속도 연구에 이용 - 미량의 여러 가지 물질의 동시 분석 가능 - 기체-고체 크로마토그래피 - 기체-액체 크로마토그래피

58 연속반응(Continuous methods)
연속반응 조건 - 반응 혼합물은 시료제거에 의한 방해를 받지 않음 - 반응이 완전하게 진행되도록 허용됨 ▪ 전기 전도도법(Electrical conductivity method) - 높은 이온 전도도를 갖는 H+ 또는 OH- 가 존재하는 반응 연구에 유용 - 희석용액에서 다른 이온 전도도를 갖는 어떤 이온이 대체될 때 반응이온의 농도변화 속도는 이에 비례

59 계 속 에스테르의 알칼리성 가수분해에 있어서 용액의 전도도
계 속 에스테르의 알칼리성 가수분해에 있어서 용액의 전도도 - 높은 전도도를 갖는 하드록실이온이 아세테이트 이온으로 대치함으로써 용액의 전도도 감소

60 계 속 ▪ 광회전 분석법(Optical rotation method) - 광학적으로 활성을 갖는 물질을 분석할 때 적합

61 계 속 기울기

62 계 속 ▪ 분광광도법(Spectrophotometric method) - 용액이 Beer의 법칙을 따를 경우 생성물의 흡광도는 자체 농도에 비례 - 반응 혼합물에서 단일 화합물에 주어지는 스펙트럼 영역이 선택되어야 함 - 반응은 시간의 함수로 어느 파장에서의 흡광도를 측정함으로써 결정됨

63 계 속

64 예제 3.2 시간의 함수로서 위의 반응에서 540nm에서의 흡수피크 소실속도는 다음과 같다.
반응이 1차 반응임을 보이고 이 반응의 반감기를 계산하시오. 흡광도 0.119 0.108 0.096 0.081 0.071 0.060 0.005 시간/분 20- 47 80 107 140 ∞

65 예제 3.2 계 속 반응이 1차 반응일 때 방정식은 At – A ∞ 0.114 0.103 0.091 0.076 0.066 0.055 Log10(At-A∞) 1.057 1.013 2.959 2.881 2.820 2.740

66 예제 3.2 계 속 이 그래프는 직선(1차 반응) kr = 5.16×10-3 min-1

67 팽창측정법(Dilatometric method)
화학반응으로 부피변화가 생긴 경우 부피변화는 반응크기에 비례 아세탈이 과잉의 물 중에서 산-촉매화 가수분해가 일어날 때 체적 증가 H+ CH3CH(OC2H5)2 + H2O → CH3CHO + 2C2H5OH - 상기 반응은 팽창계(Dilatometer)로 측정 가능 - 팽창계는 눈금이 보정된 가는 모세관으로 연결된 반응기로 구성 ☞ 반응이 일어나는 동안 모세관 내의 액체 높이 변화를 Cathetometer로 읽음 ☞ 부피변화 결정

68 계 속

69 기체 전개법(Gas evolution method)
▪ 생성물 중의 하나가 기체인 용액에서의 반응 ☞ benzenediazonium chloride는 수용액 중에서 분해하여 질소 유리 기울기

70 예제 3.3 Benzenedizaonium chloride가 25℃의 용액에서 분해될 때 다음과 자료가 얻어졌다. 반응차수 및 속도상수를 계산하시오. 전개된 N2/cm3 19.3 26.0 32.6 36.0 41.3 45.0 48.4 58.3 시간/분 6 9 12 14 18 22 26 ∞ 반응을 1차 반응이라 가정하면 식 를 이용

71 예제 3.3 계속 V∞-V t (cm3) 39.0 32.3 25.7 22.3 17.0 13.3 Log10[V∞-V t)/cm3
1.592 1.509 1.410 1.348 1.230 1.124 t/min 6 9 12 14 18 22

72 기게상 반응 반응물과 생성물이 기체인 경우의 반응 - 일정한 부피에서 계(system)의 전압을 측정하으로써 가능
- 반응이 일어나는 동안 많은 분자들이 증가하거나 감소하는 반응 수반 856K에서 에탄올의 열분해 : 에틸렌 + 수소 생성 C2H6 → C2H4 + H2 - 반응속도 : 생성물 분석을 통해 결정 - 반응물의 분압(시간에 따른 감소) 또는 전압(시간에 따른 증가) 사이의 관계 유도 If 초기압력을 P0라고 하면 시간 t=0에서 P0는 에탄의 압력과 일치 y를 시간 t에서의 에탄압력 감소량이라고 하면, 시간 t에서 반응물과 생성물의 분압은 에 탄 PC2H6 = P0 – y 에틸렌 PC2H4 = y 수 소 PH2 = y 시간 t에서의 전압 P = PC2H6 + PC2H4 + PH2 = P0 – y + y + y = P0 + y ∴ y = P – P0

73 계 속

74 예제 3.4 856K에서 시간 t일때 일정한 부피하의 전압 P의 변화를 다음과 같이 관찰하였다. 이 온도에서 속도상수를 계산하시오. P/torr 384 390 394 396 400 405 408 t/s 29 50 64 84 114 134

75 예제 3.4 계 속 2P0-P/torr 384 378 374 372 368 363 360 Log10(2P0-P)/torr
예제 3.4 계 속 2P0-P/torr 384 378 374 372 368 363 360 Log10(2P0-P)/torr 2.584 2.577 2.573 2.571 2.566 2.560 2.556 t/s 29 50 64 84 114 134

76 반응공학 제 4 장 반응속도의 온도의존성

77 4.1 Arrhenius 방정식

78

79 4.2 활성화에너지 중간체 A + B → C + D로 되기 위한 최소에너지 역반응에서의 활성화에너지

80 활성화에너지 포텐샬 에너지 장벽 장벽에 도달하기 위해 충분한 에너지를 갖는 분자만이 활성화 착물 형성 반응에 참여 활성화에너지가 적을수록(장벽이 낮을수록) 화학반응속도가 빠름 활성화된 분자수가 많을수록 화학반응속도가 빠름 예

81 활성화에너지의 결정 반응속도상수에 영향을 주는 인자 반응물 분자 사이의 충돌빈도 활성화에너지 값

82 예제 4.1 20-80℃에서 요오드화에틸의 알칼리 가수분해에 대한 속도상수의 몇 가지 값은 다음과 같다.
반응의 활성화에너지를 계산하시오. 103kr/dm3mol-1s-1 0.100 0.335 1.41 3.06 8.13 21.1 50.1 온도/℃ 20 30 40 50 60 70 80 log10kr/dm3mol-1s-1 4.000 4.525 3.015 3.485 3.910 2.325 2.700 온도/k 293 303 313 323 333 343 353 103K/T 3.413 3.300 3.195 3.096 3.003 2.915 2.833

83

84 예제 4.2 기체 암모니아와 이산화질소 사이의 초기반응 단계는 2차 반응에 따른다. 600K와 716K에서 속도상수는 각각 0.385, 16.0 dm3 mol-1 s-1 이다. 활성화에너지와 잦음률인자를 계산하시오.

85 Progress of the reaction Products (C  D) Free energy Activation
Substrates (A  B) Free energy Activation energy with enzyme energy— no enzyme ∆G0 = Gf0(C  D) Gf0(A  B) 촉매(catalyst): 화학반응의 활성화에너지를 낮추어 반응속도를 증가시켜주는 물질 반응에 의해 소비되거나 변하지 않음 반응에너지와 반응평형에 영향을 미치지 않으며, 오직 반응속도에만 영향을 줌

86 4.3 활성화 착물 모든 화학반응의 중간상태 반응속도의 이론적 예측에 활용 A + BC → AB + C 가 되는 반응
A가 BC에 접근 ► potential 에너지 증가 초기상태에서 활성화 상태가 될 때까지의 potential 에너지 변화 : ▪E1* : 정반응에 대한 활성화에너지 ▪E-1* : 역반응에 대한 활성화에너지

87 A + BC → AB + C 반응에 대한 potential energy 장벽
발열반응

88 H-H의 potential energy curve
양자역학에서 에너지준위는 2개 존재 U = A ± a A, a : 에너지 ≒ 하전체 간의 정전기적 상호작용으로 얻어지는 에너지 - 전자의 교환으로 생긴 에너지 : 교환에너지(a) - 가장 안정한 상태의 최저에너지 : A + a - A – a : 원자간 반발작용으로 생긴 불안정한 상태의 에너지 H + H2(para) → H2(ortho) + H

89 Eyring과 Polanyi : BC 및 AB에 있어서 두 결합거리의 함수로서 반응 경로 계산
A + BC → A-B-C → AB + C Potential energy의 최소점 : P, Q점 분자 BC는 A와 반응하기 위해 B와 C로 분해 A + BC → A + B + C → AB + C ☞ 반응에 필요한 에너지 ≒ BC의 결합해리에너지

90 등고선 : 에너지 준위 경제적인 반응경로 : P → S → Q