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1. 요약
이번 실험에서는 시계 반응을 이용해서 반응 속도 차이가 큰 반응 단계가 연속적으로 일어나는 화학반응의 특성을 알아보고, 화학반응 속도에 미치는 농도의 영향을 이해하며 반응속도 상수 및 반응 차수를 구하고자 하였다. 실험에 사용된 시약은 KCl, KI, (NH4)2SO4, Na2S2O3•5H2O, 녹말, Hg(Cl)2이며, 실험 기구는 삼각 플라스크, 부피 플라스크, 교반 자석, 온도계, 피펫, 필러를 사용하였다. 실험 결과, 반응속도 상수는 12.366015625, 반응 차수 m=1.1, n=1.5의 값을 얻었다.
2. 실험 목적 및 원리
2.1. 반응 메카니즘과 속도 결정 단계
대부분의 화학 반응은 매우 복잡한 단계를 거쳐서 일어나게 된다. 이러한 화학 반응이 진행되는 구체적인 단계들을 '반응 메카니즘(Reaction mechanism)'이라 한다. 여러 단계로 일어나는 화학 반응에서 어느 단계의 반응 속도가 다른 단계보다 대단히 느린 경우, 가장 느리게 진행되는 반응의 속도가 전체 반응의 속도를 결정하게 되는데, 이런 반응 단계를 '속도 결정 단계(Rate determining step)'라고 부른다. 이는 전체 반응속도가 이 단계에 의해 결정되기 때문이다. 따라서 속도 결정 단계가 포함된 메카니즘으로 일어나는 화학 반응에서는 이 단계의 반응 속도가 전체 반응 속도를 좌우하게 된다."
2.2. 반응속도식, 반응속도상수, 반응차수
반응속도식은 반응과정에서 반응물이 얼마나 빨리 없어지거나 생성물이 얼마나 빨리 생기는지를 알려주는 식이다. 일반적인 화학 반응 aA + bB → cC에 대한 반응속도식은 다음과 같이 표현된다:
d[A]/dt = -k[A]^m[B]^n
여기서 [A]는 물질 A의 농도, t는 시간, k는 반응속도상수, m과 n은 각각 A와 B에 대한 반응차수를 나타낸다.
반응속도상수 k는 반응 메커니즘과 온도에 의해 결정되며, 반응물의 농도와 시간에 무관한 상수이다. k의 단위는 반응차수에 의존하며, m+n이 1차 반응인 경우 k의 단위는 [농도]-1·[시간]-1이 된다.
반응차수 m과 n은 순수하게 실험적으로 결정되는 양으로, 꼭 정수일 필요는 없다. 전체 반응차수는 m+n으로 계산된다. 반응차수가 결정되면 그에 맞는 반응 속도식을 세울 수 있다.
2.3. 시계반응
시계반응은 반응이 시작되고 일정한 시간이 지난 후에 갑자기 용액의 색깔이 변화하는 화학 반응이다"" 이러한 시계반응을 이용하면 반응 속도의 차이가 큰 반응 단계가 연속적으로 일어나는 화학 반응의 특성을 알아볼 수 있다"" 또한 ...
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