다단계 반응이 진행될 때 반응 전체 활성화 에너지는 어떻게 표현할 수 있나요?

Question

안녕하세요. 화학 반응이 단일단계 반응으로 진행될 경우에는 한 번에 활성화 에너지만을 넘으면 반응이 진행될 수 있지만 다단계의 반응의 경우에는 여러 번의 활성화 에너지를 갖게 되는데요, 다단계 반응이 진행될 때 반응 전체 활성화 에너지는 어떻게 표현할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 다단계 반응에서 반응 전체 활성화 에너지를 이해하려면, 각 단계별 전이 상태와 반응물 및 생성물 에너지를 구분해야 하는데요, 우선 단일 단계 반응에서 활성화 에너지(Ea)는 반응물과 전이 상태 사이의 에너지 차이로 정의되며 즉, 반응물에서 전이 상태까지 도달하는 데 필요한 최소 에너지입니다.

반면에 다단계 반응에서는 여러 개의 전이 상태(TS1, TS2, …)와 중간체가 존재하는데요, 이때 다단계 반응에서 전체 속도를 결정하는 단계는 가장 높은 에너지 장벽을 가진 전이 상태입니다. 따라서 반응 전체 활성화 에너지는 가장 큰 단계의 활성화 에너지로 표현됩니다. 즉 즉, 다단계 반응에서도 전체 반응이 얼마나 빨리 진행되는가는 가장 높은 에너지 장벽에 의해 제한된다고 보시면 됩니다. 감사합니다.