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  반응 공학 반응 속도 관련 질문
  글쓴이 : 오일마스터   고유ID : wlwhd1004     날짜 : 20-09-14 08:59     조회 : 93    
안녕하세요.
유기화학 반응 쪽 공부 중인데 반응 속도 관련해서 질문 드리려 합니다.
 
반응공학에서 정반응 속도 k와 역반응 속도 k_1에서 k/k_1=K(K>0> 큰 경우 자발적 정반응 쪽으로 반응이 진행되고 시간이 지나면 평형에 도달하는 것으로 알고 있습니다.
 
A라는 반응의 K값과 B라는 반응의 K값을 서로 비교할때 절대적인 K 값의 수치를 가지고 반응의 빠르기를 비교할 수가 있나요?? ( 여기서, A와 B반응은 다른 반응임 ex. A 산촉매 반응 B 에폭시 반응 )
 
즉, A라는 반응을 통해 a+b ↔ c+d 에서, k x 10^2 = 0.752, k_1 x 10^2 = 0.1485, K = 5.05
     B라는 반응을 통해 a+b ↔ c+d에서, k x 10^6 = 8.32, k_1 x 10^6 = 0.79, K = 10.5
     (각 반응의 반응물의 농도는 서로 다름)
 
위의 경우 A와 B의 반응이 서로 다르고, 반응 속도도 다를때, K값이 B가 크기 때문에 반응 속도가 A 반응에 비하여
절대적으로 빠르다 라는 결론을 지을 수 있느냐가 궁금한 Point입니다. 다시말해 절대적 수치로만 봐서 B반응은 A 반응 보다 월등히 빠르다라고 할 수 있냐라는 것이죠....
 
반응에 대한 지식이 부족하여 선배님들의 도움을 요청합니다.ㅜ

스테파노 Stefano   20-09-14 19:05
A1)  반응평형값이 자체가 반응속도를 의미하는 것은 아니고 또한 평형값으로부터 반응속도를 직접 계산할 수는 없지만 평형에서의 반응참여 물질들과 생성물들의 농도를 알 수 있고 정,역 반응속도수식이 알려져 있으면 각 반응속도를 계산할 수 있습니다.

A2) 질문에서 인용한 A,B의 반응에서 정반응 속도수식과 역반응 속도수식 및 평형상수로부터 a,b,c,d의 농도를 구할 수 있고 서로 경쟁적인 정, 역반응의 속도를 연립으로 풀어서 평형상태에서 각 A,B반응 및 정반응 및 역반응 속도를 계산할 수 있습니다.

A3) 인용한 반응이 평형에 도달해 있지 않아서 비정상상태(시간에 따라 각 물질들의 농도가 달라지는 상태)라고 하면 알고 있는 각 성분의 농도와 반응수식으로부터 각 반응의 정 역반응의 속도를 알 수 있습니다.

반응기를 설계하려면 반응기 내의 농도들과 반응속도 수식이 필요한 것이고 반응평형정수가 필요하지 않습니다.

A4) 결론적으로,  반응 평형상수의 크기는 반응속도의 빠르고 느림을 알려주지는 않습니다.  열역학적 평형은 열역학적 과정의 속도를 절대로 알려주지 않는 것과 같습니다.
오일마스터 wlwhd1004   20-09-18 09:43
감사합니다. 스테파노님.

반응 평형 상수로 속도를 논하는 것은 아닌거같습니다.

다른 질문이 있어 글을 남깁니다.

평형상수로 속도를 논하는 것은 맞지 않고, 그렇다면 A반응과 B반응 둘의 정반응, 역반응 속도는 가능하겠지요?

가령 위의 A반응의 정 역반응 속도는 B의 정 역반응 속도보다 큽니다. 따라서, A의 반응속도가 B의 반응 속도보다 빠르다라는 결론은 만들 수 있는거겠지요??

물론, 전제는 A반응과 B반응의 농도는 동일하나 다른 촉매를 사용한 경우 등, 고정 변수가 동일할 때 위의 결론을 만들 수 있다고 생각합니다.


만약 A와 B 반응 자체가 다른 반응이라면 반응 속도론 차원에서 비교하는 것이 의미가 없을거 같은데 어찌 생각하시나요??
Stefano    20-09-20 03:00
서로 경쟁관계에 있거나 그렇지 않는 경우라 하더라도 A반응이나 B반응이 속도는 System 내의 조건(온도, 압력, 농도, 촉매의 양, 등)에 따라 달라지기 때문에 일방적으로 언급할 사항은 아닙니다. 

반응속도 수식을 보면 반응속도 상수가 있고 반응에 참여하는 물질의 농도와 관련된 항이 들어있어서 반응속도에 영향을 주는 성분의 농도가 시간에 따라 달라지는 경우 반응 초기에는 A의 정, 역반응이 B보다 빠르더라도 B 반응의 속도가 더 빨라지는 영역이 있을 수 있습니다.  또한 촉매의 작용에 의하여 두 반응의 속도가 크게 달라짐으로써 촉매에 따른 반응 생성물의 양이 달라져 반응 진행에 따른 "Selectivity"가 달라지기도 합니다. 

촉매의 작용은 평형을 이동시킬 수는 없지만 반응속도에는 영향을 주기 때문에 체류시간에 따라 선택성이 달라지는 결과를 줄 수도 있습니다.
오일마스터 wlwhd1004   20-09-21 12:44
큰 가르침을 주셔서 감사합니다. 스테파노님. 반응공학을 좀더 공부하도록 하겠습니다. 너무 감사드립니다~
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