학문
촉매가 속도 상수를 변화시키는 과정에서 실제로 어떤 에너지장벽의 변화가 일어나나요?
안녕하세요 반응의 속도를 변화시킬 수 있는 요인 중 하나로 촉매가 있다고 알고 있습니다. 이때 촉매가 속도 상수를 변화시키는 과정에서 실제로 어떤 에너지장벽의 변화가 일어나며 이것이 Ea와 속도상수의 관계에 어떤 식으로 반영되나요?
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안녕하세요. 촉매가 반응 속도상수에 영향을 주는 과정을 이해하려면, 아레니우스 식과 전이상태 이론을 함께 고려해보는 것이 좋은데요, 우선 반응물 → 생성물로 전환되려면, 분자들은 기존 결합을 끊고 새로운 결합을 만드는 과정에서 불안정한 전이상태를 거칩니다. 이 전이상태에 도달하기 위해 필요한 최소한의 에너지가 바로 활성화 에너지(Ea)인데요 따라서 Ea가 높으면 반응 분자가 충분한 에너지를 가질 확률이 작아져 속도상수 k가 작아지고, Ea가 낮으면 k가 커집니다. 이러한 화학반응에서 촉매는 반응물과 일시적으로 결합하거나 반응 중간체를 형성하여 다른 반응 경로를 제공하는데요, 이 경로는 원래 반응 경로보다 더 낮은 전이상태 에너지를 가지며 즉, 활성화 에너지(Ea)를 낮춰주는 효과를 가집니다.
아레니우스 식에 반영되었을 때, 같은 온도에서 촉매가 작용하여 활성화에너지가 감소하면 반응 속도상수 k가 커지고, 반응 속도가 빨라지는데요, 단 주의할 점은, 촉매는 반응의 평형상수(K)에는 영향을 주지 않습니다. 즉, 반응물과 생성물 사이의 자유에너지 차이인 ΔG는 그대로 유지되고, 단지 도달하는 속도만 달라지는 것입니다. 감사합니다.