같은 반응이라도 고체 촉매 표면에서 일어나는 경우 활성화에너지가 달라질 수 있는 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 같은 반응이라면 반응물과 생성물이 동일할 텐데, 고체 촉매 표면에서 일어나는 경우 활성화에너지가 달라질 수 있는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 동일한 화학 반응이라도 고체 촉매 표면에서 일어날 때 활성화에너지가 달라지는 이유는 반응물이 단순히 부딪히는 것이 아니라 촉매 표면이 분자의 결합을 부분적으로 끊거나 약화시키고 새로운 결합이 형성되기 쉬운 상태로 만들어 주기 때문입니다.

먼저 반응물이 고체 촉매 표면에 달라붙으면, 원래 분자 내 결합이 약해지거나 전자 구성이 변하는데요 예를 들어, 금속 촉매 표면에 H₂가 흡착되면 H–H 결합이 약해져 쉽게 H 원자로 분리될 수 있습니다. 이렇게 부분적으로 활성화된 상태에서는 원래 기상 반응보다 훨씬 작은 에너지로 결합이 끊어지고 새로운 결합이 형성되는 것입니다.

이러한 기상 반응에서는 반응물이 직접적으로 충돌하여 활성화에너지를 극복해야 하는데요, 표면 반응에서는 다음과 같은 새로운 단계적 경로가 생깁니다. 반응물의 표면 흡착, 표면에서 결합 약화 및 전자 재배치, 다른 반응종과 반응하여 새로운 결합 형성, 생성물 탈착 과정인데요, 이 과정은 단일 단계에서 큰 에너지를 요구하는 대신, 여러 단계로 나뉘어 상대적으로 낮은 에너지 장벽을 거쳐 진행됩니다. 감사합니다.