가역 반응

가역반응은 반응물의 생성물로의 전환과 생성물의 반응물로의 전환이 ^[1]동시에 일어나는 반응이다.

(*displaystyle {{\mathit {a})A{}+{\mathit {b}B<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D}}}}

A와 B는 반응하여 C와 D를 형성할 수도 있고, 반대로 C와 D가 반응하여 A와 B를 형성할 수도 있다.이것은 열역학에서 가역적인 과정과는 다르다.

약한 산과 염기는 가역 반응을 일으킨다.예를 들어, 탄산:

HCO₂_{3 (l)} + HO₂_(l) h₃⁻_(aq) HCO + HO₃⁺_(aq)

평형혼합물의 반응물질과 생성물의 농도는 시약(A, B 또는 C, D)의 분석농도와 평형상수 K에 의해 결정된다.평형 상수의 크기는 ^[2]반응에 대한 깁스 자유 에너지 변화에 따라 달라집니다.따라서 자유에너지 변화가 클 때(약 30 kJ⁻¹ mol 이상), 평형상수가 클 때(log K > 3) 평형상태에서 반응물질의 농도는 매우 작다.이러한 반응은 소량의 반응물이 반응 시스템에 여전히 존재할 것으로 예상되지만 때로는 돌이킬 수 없는 반응으로 간주됩니다.진정으로 돌이킬 수 없는 화학 반응은 일반적으로 생성물 중 하나가 반응 시스템을 벗어날 때, 예를 들어 반응에서 이산화탄소(휘발성)와 같이 달성됩니다.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + HO + CO₂₂↑

역사

1803년 버톨렛이 소금 호수^[3](이집트의 석회암에 있는 나트론 호수 중 하나) 가장자리에서 탄산나트륨 결정이 형성되는 것을 관찰한 후 가역반응 개념을 도입했다.

2NaCl + CaCO₃ → NaCO₂₃ + CaCl₂

그는 이것이 익숙한 반응의 반대라는 것을 알았다

NaCO₂₃ + CaCl₂ → 2NaCl + CaCO₃

그때까지 화학반응은 항상 한 방향으로 진행된다고 생각되었다.버톨렛은 호수에 있는 소금의 ^[4]과잉이 탄산나트륨의 형성을 향한 "역방향" 반응을 촉진하는 것을 도왔다고 추론했다.

1864년, 와이지와 굴드버그는 베르톨렛의 관찰을 수치화한 질량 작용의 법칙을 공식화했다.1884년과 1888년 사이에, 르 샤틀리에와 브라운은 르 샤틀리에의 원리를 공식화했고, 이것은 평형의 위치에 집중이 아닌 다른 요인의 영향에 대한 더 일반적인 진술로 같은 생각을 확장했다.

반응속도론

가역반응 AbB에 대하여 전진공정 A→B는 $k_{1}$ $({$ })이고 $k_{1}$ 후진공정 B→A는 $k_{-1}$ k-1 $({$ 이다.A의 농도는 다음의 미분방정식을 따른다.

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

[

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

-

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

[ A

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

] +

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

-

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

[ B

]{ displaystyle

{

frac

{ d [ A

]

= -

k

_ { \

text

{ 1} [

A

] + k _ { \

text

{ -

1

} [ B

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}[B]

(1)

제품 B의 농도가 0시 반응물질 농도에서 $t시$ 반응물질 농도를 뺀 값 $(\displaystyle$ t $t$ 이라고 생각하면 다음과 같은 방정식을 얻을 수 있다.

[B]=[A]_{\text{0}}-[A]

[A]_{\text{0}}-[A

(2)

1과 2를 조합하면 쓸 수 있다.

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

[

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

t

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

-

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

1 [

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

+

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

-

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

1

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

( [

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

- [

])

{

displaystyle

{

frac { d

[

A

] }

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

= - k _ { \

text

{ 1} （ A

）

+ k

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

_ { \

text

{

0

} - [

A

]

{\frac {d[A]}{dt}}=-k_{\text{1}}[A]+k_{\text{-1}}([A]_{\text{0}}-[A])

} 。

변수를 분리할 수 있으며 초기값 $[A](t=0)=[A]_{0}$ $[A](t=0)=[A]_{0}$ 0 $[A](t=0)=[A]_{0}$ ) $[A](t=0)=[A]_{0}$ [ $[A](t=0)=[A]_{0}$ ] $[A](t=0)=[A]_{0}$ { $displaystyle [A](t=$ 0)= $[A]_$ 0 $}$ 을 사용하여 다음을 얻을 수 있습니다.

{{displaystyle C={-\ln}(-k_{\text{1}}[A]_{\text{0})}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}}

그리고 대수학이 끝나면 우리는 마지막 운동식에 도달한다.

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

]

=

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

-

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

[

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

]

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

1 +

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

1 [ A

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

]

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

k

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

+

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

- 1

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

( -

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

1 +

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

-

1

)

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

\

display

style [

A

]=

flac

{

[A]={\frac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}+{\frac {k_{\text{1}}[A]_{\text{0}}}{k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}}}\exp {{(-k_{\text{1}}+k_{\text{-1}}})t}

k

_

{ \ text

{

}

_

{ \

text

{

0

} _ { k

_

{ \ text {

1

} + { 1 } { text

}

}

} }

무한 시간에서의 A와 B의 농도는 다음과 같은 동작을 한다.

[A]_{\infty }=flac {k_{\text{-1}}[A]_{\text{0}}{k_{\text{1}}}} {\text{-1}}}}

[B]_{\infty }=[A]_{\infty}=[A]_{\text{0}-{\frac {k_{\text{-1}}-{\text{0}}_{\text{1}}-{\text}}_{\text{\1}-{\text}}}

{B]_{\infty }}{[A]_{\infty }}=syslogfrac {k_{\text{1}}}{k_{\text{-1}}}}=K_{\text{eq}}}

\displaystyle [A]=[A]_{\infty}+([A]_{\text{0}}-[A]_{\infty})\exp4k_{\text{1}+k_{\text{-1}})t}

따라서 $k_{1}+k_{-1}$ + $k_{1}+k_{-1}$ - $({$ 을 $k_{1}+k_{-1}$ 하기 위해 식을 선형화할 수 있습니다.

\displaystyle \ln([A]-[A]_{\infty })=\ln([A]_{\text{0}}-[A]_{\infty})-(k_{\text{1}}+k_{\text{-1})t}

개별 $k_{1}$ $(\$ $(\$ 을 구하려면 다음 공식이 필요합니다.

K_{\text{eq}}=flac {k_{\text{1}}}{k_{\text{-1}}}=param frac {[B]_{\infty }}{[A]_{\infty }}}}

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ "Reversible Reaction". lumenlearning.com. Retrieved 2021-01-08.
^ 일정한 압력으로
^ 나폴레옹 보나파르트는 어떻게 되돌릴 수 있는 반응을 발견하는데 도움을 주었는가?화학₁ 일반 화학 가상 교과서:화학 평형 소개: 쌍방향의 반응.
^ Claude-Louis Berthollet, "Essai de Statique chimique", 파리, 1803. (구글 서적)

[1] "Reversible Reaction". lumenlearning.com. Retrieved 2021-01-08.

[2] 일정한 압력으로

[3] 나폴레옹 보나파르트는 어떻게 되돌릴 수 있는 반응을 발견하는데 도움을 주었는가?화학₁ 일반 화학 가상 교과서:화학 평형 소개: 쌍방향의 반응.

[4] Claude-Louis Berthollet, "Essai de Statique chimique", 파리, 1803. (구글 서적)

[1]

[2]

[3]

[4]

Search

가역 반응

네임스페이스

더

목차

역사

반응속도론

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

Search

가역 반응

역사

반응속도론

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

「」를 참조해 주세요.