촉매의 활성화 에너지를 낮추는 과정이 화학 반응 속도에 미치는 영향
안녕하세요. 화학 반응에서 촉매는 반응물의 결합 에너지를 약화시켜서 반응 속도를 높이게 됩니다. 이 때 에너지 변화 과정이 어떻게 진행되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
반응하는데 필요한 최소한의 에너지를 활성화 에너지 라고 합니다.
촉매는 이 활성화 에너지를 낮춰서 반응속도를 높이는데 역할을 하게 됩니다.
촉매를 사용하게 되면 기존 반응생성물이 만들어지는 과정과는 다른 지름길과 같은 새로운 길을 만들게 되어 기존의 활성화에너지 보다 낮은 에너지를 사용하여 최종 생성물을 만들어내게 됩니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)
안녕하세요.
네 말씀해주신 것과 같이 화학 반응은 일반적으로 반응물이 생성물로 변하기 위해 일정한 에너지 장벽, 즉 활성화 에너지를 넘어야 진행되는데요 이때 활성화 에너지는 반응물의 결합을 끊고 새로운 결합을 형성하기 위해 필요한 최소한의 에너지로, 반응 속도를 결정하는 핵심 요인입니다.
촉매는 화학 반응의 경로를 바꿔서 활성화 에너지를 낮추는 역할을 합니다. 하지만 반응 전후의 전체 에너지 차이인 반응 엔탈피 변화 ΔH는 변하지 않습니다. 촉매가 작용할 때의 에너지 변화 과정은 비촉매 반응의 경우에는 반응물이 생성물로 바뀌기 위해 높은 에너지 장벽을 넘어야 합니다. 이때 분자들은 충분한 운동에너지를 가져야 충돌 시 결합이 끊어지고 새로운 결합이 만들어질 수 있습니다. 활성화 에너지가 크면, 충분한 에너지를 가진 입자의 수가 적기 때문에 반응 속도가 느립니다.
반면에 촉매가 존재할 때,촉매는 반응물이 일시적으로 촉매와 결합하는 새로운 경로를 제공합니다. 이 과정에서 기존 결합이 약화되거나 중간 상태가 형성되어, 반응이 더 적은 에너지로 진행됩니다. 결과적으로 활성화 에너지가 낮아져, 같은 온도에서도 훨씬 더 많은 입자가 반응에 참여할 수 있는 것입니다.
활성화 에너지가 낮아지면, 아레니우스 식에 따라 반응 속도 상수 가 커지게 됩니다. 즉, 촉매는 반응 평형을 바꾸지 않지만 평형에 도달하는 시간을 단축시킵니다. 감사합니다.