5-2-4. 온도와 반응 속도
1. 분자 운동 에너지의 분포/2. 온도와 운동 에너지의 분포/
겨울철보다 여름철에
음식이 쉽게 상하는 것을 흔히 경험하게 됩니다.
그 이유는 온도가 높을수록 반응 속도가 빨라지기 때문인데,
이번에 공부할 내용은 온도가 높아질수록
왜 반응 속도가 빨라지는가에 관한 것입니다.
운동 에너지는 mv2/2 로 나타나는데, 분자의 질량이 일정하므로
분자가 움직이는 속력에 따라 운동 에너지가 끊임없이 변하게 됩니다.
그러나 같은 종류의 분자이면 평균 운동 속력은 온도에 따라서만 변하므로
(4-1-2. 기체 분자의 운동 참고) 온도가 일정하면
기체의 평균 운동 에너지도 일정하게 되죠.
하지만 평균 운동 에너지는 일정하다 할지라도
매 순간 기체 분자는 다양한 운동 에너지를 갖게 되므로
(왜냐 하면 분자의 속력이 일정 온도에서도 다양하니까)
각각에 대한 운동 에너지의 분포를 조사해 보면 다음 그림과 같습니다.
만일 여러분들의 학교에서 시험 본 결과를
가로축은 성적, 세로축은 그 성적별 학생 수를 나타내 본다면
아마 위 그림과 비슷한 모양이 나올 것입니다.
그림에서 오른쪽으로 갈수록 운동 에너지가 큰(움직이는 속력이 빠른)
분자들을 나타내며 그 숫자는 그리 많지 않고,
반응을 할 수 있는 분자들은 활성화 에너지(Ea) 이상의
운동 에너지를 가진 분자들이므로 그림의 색칠된 부분이지요.
온도가 높아지면 운동 에너지의 분포가 다음 그림처럼 달라집니다.
위 그림에서 온도가 T에서 T'으로 높아지면 반응할 수 있는 분자
(활성화 에너지 Ea 이상의 에너지를 갖는 분자) 수가
S1에서 S1 + S2로 많아지므로 반응 속도가 빨라집니다.
온도가 변해도 활성화 에너지는 달라지지 않습니다.
[정리]
1. 온도가 올라가면 활성화 에너지보다
큰 에너지를 가진 분자가 많아지므로 반응 속도가 빨라집니다.
2. 활성화 에너지는 온도가 올라가도 변하지 않고
촉매에 의해 변합니다.