일반화학실험 | 여러 가지 촉매 반응

 

 

 

TIP

 

 

과산화수소의 분해반응을 빠르게 하는 다양한 촉매와 반응을 느리게 하는 억제제의 작용과 그 원리를 알아본다.

 

 

 

활성화 에너지와 촉매

반응이 진행되어 생성물이 만들어지려면 반응물들은 활성화 에너지(activation energy)라고 부르는 위치에너지의 장벽을 넘어야 한다. 전이상태에 도달하여 반응이 끝날 때까지의 반응시간은 활성화 에너지에 따라 달라지는데, 촉매의 사용으로 반응시간을 변화시킬 수 있다. 촉매를 사용하면 반응 속도가 빨라지는 이유는 활성화 에너지를 낮게 하여 반응을 일으킬 수 있는 분자의 수가 많아지기 때문이다.

 

1. 촉매(catalyst)

화학반응에서 반응물질 이외의 것으로, 그것 자체는 반응 전후에 있어서 양적∙질적으로 변하지 않으면서 반응속도만을 변화시키는 물질을 말한다.

① 반응에서 소비되지 않으면서 반응의 속도를 증가시키는 물질.

② 활성화 에너지를 낮추는 새로운 반응의 경로를 제공함으로써 반응의 속도를 증가시키는 역할을 한다.

③ 촉매는 전체 반응의 균형식에는 나타나지 않지만 반응의 속도는 증가시킨다.

 

2. 촉매의 작용

각 반응에서는 넘어야 하는 에너지수치가 있는데 그 에너지 수치를 낮춰 ‘낮은 활성화 에너지’ 경로를 만드는 것이 촉매의 역할이다. 촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추지만 반응물과 생성물의 에너지 차(ΔE)에는 영향을 미치지 않는다.

 

3. 촉매를 사용하는 이유

원래 온도를 높이면 화학 반응의 속도를 증가 시킬 수 있으나 살아있는 세포나 특정 화학 물질은 일정한 좁은 온도 범위 내에서만 존재함으로 온도를 이용해 속도를 증가 시킬 수 없기 때문에 촉매를 사용한다.

 

4. 촉매의 성질

① 촉매는 직접 반응 물질로 작용하는 것이 아니라 반응 속도만을 조절하는 역할을 하기 때문에 반응 전후 질량이 변하지 않는다.

② 촉매는 생성 물질을 빨리 얻게 해 줄 뿐 생성 물질의 양을 증가시키지 않는다.

③ 촉매를 사용하면 활성화 에너지는 달라지나 반응열은 변하지 않는다.

④ 촉매는 충돌 횟수를 증가시켜 반응 속도를 빠르게 하는 것이 아니고, 반응이 일어나는데 필요한 활성화 에너지를 감소시켜 반응 속도를 빠르게 하는 것이다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 뷰렛과 T-자관을 연결한 장치를 만들고, 뷰렛 아래에 연결된 고무 벌브에 비눗물을 채운다.

 

2) 플라스크 위를 고무관이 달린 고무마개로 막고, 뷰렛 끝의 고무벌브를 눌러 비누 막을 만든다.

 

3) 250㎖의 삼각플라스크에 25.00㎖의 과산화수소와 5.0㎖의 증류스를 첨가 한 다음 흔들기 시작한다.

 

4) 비누막이 올라가 기체가 생성되는 시간을 측정한다.

 

5) 250㎖의 삼각플라스크에 25.00㎖의 과산화수소와 5.0㎖의 I-용액을 첨가한 다음 흔들기 시작한다. 촉매를 넣은 시간부터 반응이 시작되는 것으로 간주하고, 20㎖의 가스를 만드는데 걸리는 시간을 측정한다.

 

6) MnO₂ 촉매에 대하여도 실험 결과 1항의 표에 있는 대로 촉매를 넣고 위 과정을 반복.

 

7) 감자 조각을 이용해 실험 결과 1항의 표에 있는 대로 위 과정을 반복.

 

8) CuCl₂ 촉매에 대하여도 감자조각을 이용한 실험과 같은 실험 과정을 반복.

 

9) 장비는 절대 해체하지 않는다. 모든 폐수는 폐수통에 버리고, 감자는 모아서 쓰레기통에 버린다.

 

 

 

[일반화학실험]여러 가지 촉매 반응 레포트