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SSC(Small Scale Chemistry)를 이용한 반응속도 목록

조회 : 11414 | 2009-02-03

[실험 개요]
교과서에 제시된 농도 및 온도의 영향에 대한 앙금 생성 반응 실험을 SSC로 진행해 보자.





[실험 재료]
24홈판, 스포이드, 얼음 물, 실온의 물, 더운 물, 0.5M의 티오황산나트륨, 1M의 염산 용액, 초시계




[실험 과정]
1. 반응판의 선에 맞추어 24홈판을 올려놓고 홈 안에 X표시를 확인한다.
2. 한 개의 홈에 0.5M의 티오황산나트륨 용액을 10방울 넣는다.
3. 용액을 넣은 홈 주변의 빈 공간에 얼음물을 채워 넣는다.
4. 10초 정도 지난 후에 1M의 염산 용액을 1방울 떨어뜨린다.
5. 앙금에 의해 X표시가 보이지 않을 때까지 걸리는 시간을 초 단위로 측정한다.
6. 얼음물을 스포이드로 덜어낸다.
7. 다른 홈에 0.5M의 티오황산나트륨 용액을 10방울 넣는다 .
8. 이번에는 용액을 넣은 홈 주변의 빈 공간에 실온의 물을 채워 넣는다.
9. 10초 정도 지난 후에 1M의 염산 용액을 1방울 떨어뜨린다.
10. 앙금에 의해 X표시가 보이지 않을 때까지 걸리는 시간을 초 단위로 측정한다.
11. 실온의 물을 스포이드로 덜어낸 후 다른 홈에 0.5M의 티오황산나트륨 용액을 10방울 넣는다.
12. 용액을 넣은 홈 주변의 빈 공간에 더운 물을 채워 넣는다.
13. 10초 정도 지난 후에 1M의 염산 용액을 1방울 떨어뜨린다.
14. 앙금에 의해 X표시가 보이지 않을 때까지 걸리는 시간을 초 단위로 측정한다.
15. 정확한 측정을 위해 세번에 걸쳐 실험한다.
16. 각각의 실험에서 반응시간을 기록하고 그래프로 나타내어 본다.






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[실험 원리]
온도가 높아지면 분자의 운동이 활발해지고 반응속도가 빨라진다.



[참고자료]
1) 화학 반응이 일어날 조건

- 유효충돌
반응이 일어나기 위해서는 반응 물질을 이루고 있는 구성입자들이 적당한 방향으로 서로 충돌해야 한다. 또한 반응이 일어날 만큼 충분한 에너지를 가지고 충돌해야 한다. 이렇게 반응을 일으킬 수 있는 충돌을 유효충돌이라고 한다.

- 활성화에너지
반응이 일어나기 위해서는 입자들 사이의 결합이 끊어진 후 새로운 결합이 생성되어야 한다. 결합을 깨기 위해서는 반드시 에너지가 필요하며, 이 에너지, 즉 화학 반응이 일어나기 위해서 필요한 최소한의 에너지를 활성화에너지(Ea)라고 한다. 활성화 에너지는 반응 속도와 밀접한 관련이 있는데 활성화 에너지가 크면 반응이 느리게 일어나고, 활성화 에너지가 작으면 빠르게 일어난다.





2) 농도와 반응 속도

반응 속도는 충돌수에 비례하며, 충돌 빈도수는 반응 물질의 농도에 비례한다. 따라서 반응 물질의 농도가 증가하면 충돌 빈도수가 증가하므로 반응 속도는 빨라진다.

3) 온도와 반응 속도

분자가 충돌하여 반응 하려면 충돌에너지가 활성화 에너지를 넘어야 한다. 즉 충돌한 분자가 모두 반응하는 것이 아니라 일부분만이 반응을 일으킬 정도의 에너지를 가지고 있다. 활성화 에너지보다 큰 운동에너지를 갖는 충돌 분율은 볼쯔만의 분포 법칙에 의해 주어진다. 따라서 온도가 낮을 때는 일부 분자만이 활성화 에너지 이상을 가지게 되므로 분자의 분율은 그림에서처럼 분포곡선 아래에 있는 면적과 같게 된다. 온도가 증가하면 활성화 에너지보다 큰 에너지를 가진 충돌 분율이 커진다. 따라서 반응 속도 상수는 k=Ae-Ea/RT 이므로 반응 속도는 e-Ea/RT에 비례하므로 온도가 증가하면 반응 속도가 증가하게 된다.

 



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* 선생님들을 위한 활용 지침
관련단원 : 고등학교 1학년 반응속도

* 참고문헌
1. 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험의 분석과 Small-Scale Chemistry를 적용한 실험 개발. 박국태외. Journal of Korean Chemical Society. 2008. 52. p303-314
2. 과학. 금성출판사.
3. 고등학교 1학년 과학 「반응 속도」탐구수업 지도자료 불난 집에 부채질하기.




화학반응속도에 미치는 온도의 영향 (반응판)






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|글| 태릉고등학교 지재화 선생님



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