일반화학실험 | 촉매반응

 

 

 

TIP

 

 

과산화수소(H₂O₂)의 분해 반응을 빠르게 하는 다양한 촉매와 반응을 느리게 하는 억제제의 작용과 그 원리를 알아본다.

 

 

 

열역학(Thermodynamics)

반응의 방향과 평형상태를 알 수 있게 해준다. 그러나 현실적으로는 주어진 반응에 대한 열역학적 선호도 못지않게 반응속도도 중요하다. 반응의 속도를 조절하기 위한 몇 가지 방법들이 있는데, 첫째 반응물과 생성물의 양을 조절하여 속도를 제어하는 것이며 두 번째는 촉매(Catalyst)나 억제제(Inhibitor)를 사용하여 속도를 변화시키는 것이다.

 

이 실험에서는 여러 종류의 촉매와 억제제들을 사용하여 이들이 반응의 속도에 어떤 영향을 주는지 알아볼 것이다. 과산화수소의 분해 반응을 대상으로 촉매의 작용을 확인해 보자

 

2H₂O₂ ↔ 2H₂O + O₂

 

일부의 반응들을 제외하고는 모든 반응에서 반응이 진해외어 생성물이 만들어지려면 반응물들은 활성화 에너지라고 부르는 위치 에너지의 장벽을 넘어야 한다. 위 반응에서의 에너지 장벽은 반응 초기의 과산화수소 분자에서 수소-산소 결합이 인접한 다른 분자의 수소와 새로운 산소-수소 결합을 이루면서 서서히 깨지면서 생기는 것으로 상상해 볼 수 있다.

 

에너지 도표에서 반응이 일어나는 경로 중에 최고의 에너지를 가지는 화학종을 전이상태라고 부르는데 이러한 상태는 생성 후 대략 10-15초 정도의 짧은 시간에 사라진다. 반응물이 생성물로 가기 위해서는 분자들이 활성화 에너지 장벽을 넘을 수 있는 출분한 열에너지를 가져야 한다.

 

모든 분자들의 평균 열에너지는 RT에 비례한다. 분자들 중에서 Ea이상의 에너지를 가지는 분자들의 분율은 활성화 에너지와 열에너지의 비(Ea/RT)에 지수적으로 의존하는 함수이다. 수학적으로 이러한 관계를 Arrhenius의 식으로 표현된다.

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 뷰렛과 T자 관을 연결한 장치를 만들고 , 뷰렛 아래에 연결된 고무 벌브에 비눗물을 채운다.

 

2) 250㎖의 삼각 플라스크에 25㎖의 과산화수소를 넣는다.

 

3) 플라스크에 젓기 막대를 넣고 자석 젓게 위에 올려 젓기 시작한다.

 

4) 플라스크 위를 고무관 달린 고무마개로 막고, 뷰렛 끝의 고무 벌브를 눌러 비누막을 만든다.

 

5) 20㎖의 가스를 만드는데 걸리는 시간을 측정한다.(단 순수한 과산화수소는 시간이 너무 많이 걸리므로 2㎖를 만드는데 걸리는 시간을 측정한 다음 10배를 곱한다.)

 

6) 250㎖의 삼각 플라스크에 5,00㎖의 과산화수소와 젓기막대를 넣고, 5.0㎖의 I-용액을 첨가한 다음 젓개 위에 올려 젓기 시작한다.

 

7) 촉매를 넣은 시간부터 반응이 시작되는 것으로 간주한다(촉매를 넣은 시간=0.0초인 지점)

 

8) 3), 4)의 과정을 반복한다. 단, 촉매 반응의 경우 기체 생성 속도가 빠르므로 20㎖의 기체를 생성하는 시간을 측정한다.

 

9) 다른 촉매에 대해서도 실험 결과 1항의 표에 있는 대로 촉매를 넣고 5~6의 과정을 반복한다.

 

 

 

[일반화학실험]촉매반응 레포트