일반화학실험 | 속도 결정과 활성화 에너지

 

 

 

TIP

 

 

네 가지 다른 온도에서 crystal violet과 NaOH를 반응시켜 반응속도와 속도상수에 대한 온도의 영향을 관찰하고 이 반응의 활성화 에너지를 구해본다.

 

 

 

초기 속도를 측정하려면 아주 짧은 시간 동안에 일어난 적은 농도변화를 측정해야한다. 때때로 이러한 변화량은 실험으로 계산하기 어려울 때가 많다. 그렇기 때문에 화학종의 농도를 시간의 함수로 나타낼 수 있는 적분 속도식, 또는 적분 속도 법칙을 이용하면 편리하다. 이는 전체 반응 차수에 따라 계산 방법이 달라지지만 일차 반응에 대해서만 알아보았다.

 

water bath에 상온정도의 물을 준비해서 0.1M NaOH 10㎖와 2.5×10^-5M crystal violet 10㎖를 각각 담은 100㎖비커를 Water bath에 넣고 비커속 용액의 온도와 물의 온도가 같아지도록 1분 동안 그대로 둔뒤 용액의 온도를 재었다. 그뒤 큐벳에 용액을 담고 칼리미터에 넣은 뒤 콜렉트를 클릭하고 데이터를 1분간 수집하였다. 흡광도의 시간에 대한 그래프가 그려졌다. 여기서 y축인 흡광도를 ln흡광도로 바꿔 주어서 기울기로 속도 상수를 구할수 있었다. 이렇게 온도를 약 5도씩 내려서 총 4번을 반복했다.

 

k = Ae^-Ea/RT

 

아레니우스 방정식으로 보아 속도상수는 온도가 높을수록 높을텐데 첫 번째 측정과 두 번째 측정에서 k를 보면 그것을 만족하지 못했다. 그 이유를 모르겠다. 그 뒤 새로 그래프를 만들어 4개의 온도, 4개의 속도 상수k의 값들을 입력하고 ln k vs 1/T 그래프를 그려보니 5번 측정결과 E에있는 그래프가 나왔다. 아레니우스 식 양변에 로그를 취해 적절히 변형 해보면 이 직선그래프가 lnk=lnA-Ea/RT 꼴임을 알수있다. 찾고자 하는것이 활성화 에너지니까 기울기인 -Ea/R에 -R을 곱해주면 Ea를 구할수 있었다.

 

본 실험은 CV와 NaOH를 반응 시켜 반응속도와 속도상수에 대한 온도의 영향을 관찰하고 이 반응의 활성화E를 구하는 실험이었다. 반응속도와 속도상수에 대한 온도의 영향은 우선 반응속도와 온도의 관계를 보면, 온도 증가 → 에너지가 큰 입자수 증가 → 활성화E보다 큰 E를 갖는 입자수 증가 → 유효충돌 증가 → 반응속도 증가 의 관계를 가지고 있다.

 

속도상수와 온도의 관계는 아레니우스 식을 보면 속도상수는 온도가 증가 할수록 증가한다 라는걸 쉽게 알수 있었다. 이 기회에 아레니우스 방정식, 온도와의 관계등 좀더 깊이 알수 있었고, 중간에 속도상수를 잘못구한 이유를 아직도 잘 모르겠는데 실험때 좀더 집중해야 할것 같다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 인터페이스와 노트북을 연결하고 인터페이스의 Ch1에 colorimeter를, Ch2에는 온도 프로브를 연결한다.

 

2) Logger Pro를 실행하고 파일열기→Advanced Chemistry W Vernior→”35 Activation Energy” 파일을 연다.

 

3) 빈 큐벳에 증류수를 채우고 colorimeter에 넣고 뚜껑을 닫는다. 화살표를 눌러 565㎚ 파장을 선택하고 CAL버튼을 누른다.

 

 

 

[일반화학실험]속도 결정과 활성화 에너지 레포트