아레니우스 식에서 충돌 빈도 인자와 활성화 에너지는 각각 분자 충돌 과정에서 어떠한 의미를 지니나요?

Question

안녕하세요. 화학의 동역학 파트에서 등장하는 아레니우스 식에서 충돌 빈도 인자(A)와 활성화 에너지(Ea)는 각각 분자 충돌 과정에서 어떠한 의미를 지니나요?

Answer 1

안녕하세요. 말씀해주신 아레니우스 식은 반응 속도상수 k를 설명하는 데 핵심적인 식이며, 여기서 충돌 빈도 인자(A)와 활성화 에너지(Ea)는 분자 충돌 과정의 물리적 특성을 잘 나타냅니다.

충돌 빈도 인자는 단순히 분자들이 얼마나 자주 충돌하는지를 나타내는 값인데요, 단순 충돌 횟수뿐 아니라, 충돌이 올바른 방향으로 일어날 확률까지 포함하는 개념입니다. 분자적 수준에서 기체 분자라면 평균 속도, 분자 직경, 농도 등이 충돌 빈도에 직접 영향을 주며 예를 들어 두 분자가 반응하기 위해서는 단순히 부딪히는 것만으로는 부족하고, 활성화된 부분끼리 올바른 각도로 충돌해야 결합이 형성됩니다. 다음으로 활성화 에너지는 분자들이 실제로 반응하기 위해 넘어야 하는 에너지 장벽을 말하는 것인데요, 분자들이 충돌했을 때, 충분한 운동에너지를 가진 경우에만 기존 결합이 끊어지고 새로운 결합이 형성될 수 있기 때문에 즉, Ea가 높을수록 반응이 잘 일어나지 않고, 낮을수록 충돌이 실제 반응으로 이어질 가능성이 커집니다. 감사합니다.