촉매를 사용했을 때 왜 활성화 에너지는 낮출 수 있지만 평형상수에는 영향을 미치지 않는가요?
안녕하세요. 효소와 같은 촉매를 사용했을 경우에 반응이 진행되는데 필요한 최소한의 에너지인 활성화 에너지를 낮출 수는 있지만 자유에너지에는 영향을 미치지 않는다고 알고 있습니다. 이처럼 촉매를 사용했을 때 왜 활성화 에너지는 낮출 수 있지만 평형상수에는 영향을 미치지 않는가요?
안녕하세요. 촉매가 반응 속도를 높이지만 평형 상수에는 영향을 미치지 않는 이유를 이해하려면, 촉매가 반응 경로에 미치는 영향과 열역학적 평형의 원리를 함께 이해해야할 필요가 있습니다.
우선 반응이 일어나기 위해서는 분자들이 특정한 에너지를 가진 전이 상태를 거쳐야 하는데요, 이때 필요한 최소 에너지가 바로 활성화 에너지 Ea입니다. 촉매는 반응물과 상호작용하여 더 안정적인 전이 상태를 제공하거나, 다른 경로를 만들어 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 높이는데요 중요한 점은 반응물과 생성물의 자유에너지 차이가 바뀌지 않는 다는 점입니다. 즉, 촉매는 단순히 활성화 에너지를 낮춰주는 역할만 하며, 반응물과 생성물의 최종 에너지 상태 자체는 변경하지 않습니다. 평형 상수 K는 반응물과 생성물의 자유에너지 차이에 의해 결정되는데요, 즉 이때 촉매는 반응물과 생성물 사이의 자유에너지 차이를 바꾸지 않으므로 평형 상수는 동일하게 유지됩니다.
정리하자면 촉매는 활성화 에너지를 낮춰주기 때문에 반응 속도를 증가시키지만 촉매는 반응물과 생성물의 자유에너지 차이를 바꾸지 않기 때문에 평형 상수 K가 변하지는 않습니다. 따라서 촉매는 반응 속도를 조절하는 동역학적 인자이지, 평형을 바꾸는 열역학적 인자가 아니라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
1명 평가