안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
반응물이 생성물로 한 번에 바뀌면 좋은데, 그렇지 않고 화학 반응이 복잡한 메커니즘을 거치는 이유는 분자들이 부딪힐 확률을 높이고, 넘어야 할 에너지 장벽을 낮춰 반응을 가장 쉽고 빠르게 일으키기 위한 자연의 가장 경제적인 선택 때문입니다.
가장 흔한 화학 반응인 물 생성 반응을 예로 들어보겠습니다. 이 반응이 한 번에 일어나려면 수소 분자 2개와 산소 분자 1개가 정확히 같은 찰나의 순간에 한 지점에서 만나야 하고, 정확히 반응이 일어날 수 있는 올바른 방향과 각도로 부딪쳐야 하며, 기존 결합을 끊을 수 있는 충분한 운동 에너지를 가지는 것을 동시에 만족해야 합니다.
하지만,공기 중에서 분자 3개가 완벽한 각도와 에너지로 동시에 부딪힐 확률은 수학적으로 0에 가까울 정도로 희박하기 때문에 자연은 분자 2개끼리 차례대로 부딪히는 단계를 여러 번 거치는 길을 선택합니다. 수소와 산소가 반응할 때도 라디칼 같은 중간 단계를 십여 개나 거쳐서 최종적으로 물이 됩니다.
이처럼 화학 반응이 반응물에서 생성물로 한 번에 일어날 수 없고, 여러 단계의 메커니즘을 거쳐야 하는 이유입니다.