화학실험 - 화학 반응 속도 (시계반응)

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본문내용

실험 제목; 화학 반응 속도 (시계반응)

1. 실험 목적
반응 물질의 농도를 달리하여 시계반응으로 속도를 측정하고, 반응속도 상수와 반응차수를 구한다.

2. 실험 이론
계산기 반드시 지참하세요
이론으로 조사해야 할 것들
① 반응 속도(간단하게)
단위 시간당 반응물질의 농도 변화 또는 단위시간당 생성물질의 농도변화를 반응속도라고 한다.
② 반응 속도 상수와 반응 차수(식과 간단한 설명)
반응속도 식에서의 비례상수로 농도와는 무관하지만 온도가 달라지면 그 값이 달라진다.
③ 시계반응의 개념(간단히)
농도에 따라 색이 변하는 속도가 달라진다.
④ 반응 속도에 영향을 주는 인자들을 간단히 설명하시오.
농도: 농도가 높을수록 반응속도가 빨라진다 (충돌횟수가 많으므로)
온도: 온도가 높을수록 반응속도가 빨라진다
촉매: 정촉매와 부촉매가 있다
표면적: 표면적이 증가하면 반응속도가 빨라진다

<다단계반응>

이번 실험의 화학양론적으로 다음과 같다.
2I- + S2O82- = I2 (aq) + 2SO42-

이 반응은 동시에 세 가지 이온의 충돌이 필요하다. 그러한 충돌이 일어날 확률은 매우 작다.
첫째로 2개 아이오딘과 1개 과황산(S2O82-) 이온간의 가능한 순차 반응은 다음과 같다.

메커니즘1 1-a I- + S2O82- = SO42- + SO4I-
1-b SO4I- + I- = I2 + SO42-

이 반응 중 한가지는 다른 반응보다 더 느리다. 다단계 반응 중 더 느린 반응을 속도 결정단계라고 한다. 이것은 그 과정의 전체 속도가 느린 단계의 속도에 따라 결정된다는 것을 의미한다. 메커니즘 1에서 첫째 단계가 속도 결정 단계이면 첫째 단계의 속도는 다음과 같다.

속도 = k1 [I-][S2O82-] (메커니즘 1-a의 속도식)
둘째 단계가 첫째 단계보다 느리면 속도식은 그 반응이 마치 한 단계로 일어나는 것과 같은 형태로 나타낸다.
속도 = k2[I-]2 [S2O82-]/[SO42-] ▶SO42- 의 농도가 일정하다고 가정할 때
(메카니즘 1-b의 속도식이고 1단계 반응은 불가능하다.)

둘째로 가능한 순차 반응은
메커니즘 2 2-a 2I- = I22-
2-b I22- + S2O82- = I2(aq) + 2SO42-
첫째 단계가 속도결정단계이면
속도 = 2k1[I-]2 (메카니즘 2-a의 속도식)
둘째 단계가 속도결정단계이면 속도식은 그 반응이 마치 1단계로 일어나는 것과 같다.
속도 = k2[I-]2[S2O82-] (메카니즘 2-b의 속도식)

시계반응은 반응의 종말점을 쉽게 알 수 있도록 고안된 반응으로, 위의 실험 대상 반응에서 생성된 I2와 S2O32-의 반응이 동일 용기 내에서 동시에 일어나도록 한다.
I2 + 2S2O32- → 2I- + S4O62-
이 반응에서 I2가 형성되자마자 S2O32- 이온과 매우 빨리 반응하여 없어지고 S2O32- 이온이 모두 소모되면 I2 분자가 용액에 남게 되며, 이것이 녹말과 반응하여 청색을 띠게 된다.

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