Arrhenius's equation(아레니우스 식)

reaction rate

일반적으로 온도가 높으면 화학반응이 더 빨리 진행되는 것은 상식입니다. 이러한 사실을 아레니우스는 반응 속도상수(k)를 이용하여 활성화에너지(activation energy)를 구하고, 이를 통해 반응이 물리적 혹은 화학적인 요소에 대해 어떠한 영향을 받는지 예측할 수 있습니다. 앞서 언급되었듯, 아레니우스 식은 반응 속도상수(k)와 온도의 관계를 나타내는 실험식으로, 아래와 같이 표시할 수 있습니다.

 

 

k: 반응 속도상수

A: 화학반응에 대한 상수(빈도인자)

E_A: 활성화에너지

R: 기체상수

T: 절대온도

 

위의 식과 같이, k의 측정값에 로그를 취하여 1/T에 대해 그래프를 작성하면 아래와 같이 직선을 얻을 수 있습니다. 작성된 그래프의 직선 기울기로부터 활성화에너지의 값을, y절편의 값으로부터 빈도인자가 구해집니다.

Arrhenius's equation and its graphic form

 

위에서 구해진 활성화에너지는 화학반응이 일어나기 위한 최소에너지이며, 온도에 의존하는 값입니다. 활성화에너지가 4~13 kJ/mol이면 물리적 영향으로 인한 확산반응에 지배받는 반응(diffusion control), 42kJ/mol 이상이면 온도, 침출제 농도 등과 같은 화학적 요인에 영향을 많이 받는 반응이라 할 수 있으며(chemical control), 이들의 사이값 20~35kJ/mol은 물리적 요인과 화학적 요인 모두에 대해 영향을 받는 반응이라 볼 수 있습니다.

 

[참고]

화학반응속도론에서 반응속도(reaction rate)는 반응물과 생성물의 농도, 시간 등의 요인에 따라 변하기 마련입니다. 또한 반응이 선형적으로 혹은 지수함수적으로 증가하는 경우도 있습니다. 반응속도는 실험과 반응물의 농도를 통해 결정되며, 기본적으로 0차, 1차와 2차반응 식부터 침출 결과에 자주 적용되는 shrinking core model 등으로부터 구해질 수 있습니다.