Reaction Kinetics:The bromination of acetone

소개글

[introduction]

실험목적: Acetone의 브롬화 반응의 반응속도식과 속도상수를 결정한다-
25℃와 35℃의 실험 data를 비교하여 반응 속도에 미치는 온도의 영향을 확인하고 각 온도에서 아세톤과 수소이온 농도를 조절하여 반응 속도에 미치는 농도의 영향을 확인한다. 그리고 25℃와 35℃의 값과 Arrhenius equation을 통해 활성화 에너지를 구한다.

[실험원리]

1.Rate law

-반응속도

반응속도 v는 반응물 또는 생성물의 농도변화속도로 정의한다. 따라서 다음과 같다.
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-반응차수

일정한 온도에서 반응속도 v는 반응물과 생성물의 농도에 의존한다. ( 반응속도는 촉매와 억제제에 의존하기도 함) 예를 들어
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2.Arrhenius equation

한정된 온도 범위에서 속도상수의 온도 의존성은 1889년 Arrhenius에 의해 제시된 실험식으로 보통 나타낼 수 있다.
.........

3. Bromination of Acetone

산성 용액에서 아세톤의 브롬화 반응은 다음의 반응식에 따라서 진행되며 이 반응의 촉매는 수소 이온이다.
CH3COCH3+Br2 → CH3COCH2Br+Br-+H+

반응속도= -d[CH3COCH3]/dt =-d[Br2]/dt
.......

[Experimental method]
브롬은 상온과 대기압 하에서 휘발성 액체이기 때문에 유독성 브롬 증기를 조심해야 한다. 순수한 Br2를 취급하는 것은 대단히 위험하므로 산성 용액에서 BrO3- 와 Br- 의 반응을 이용한다.
브롬 저장 용액은 실험하기 전에 만드는 것이 좋으며
.....

[Result]

1차 실험 [Table,figure참조]
반응속도
A= εℓ [Br2] (ε=160M-1cm-1, ℓ=1cm)
dA/dt=εℓd[Br2]/dt
rate=-d[Br2]/dt
rate=-dA/dtⅹ1/εℓ

......
2차 실험

.....

[Discussion]

실험 하루 전에 0.02M Br용액을 만들어 두었는데, 실험 당일 완성된 용액을 보니 짙은 노란색을 띠고 있었다. 본 실험의 반응에서는 acetone과 bromine이 반응하여 CH3COCH2Br가 생성된다. 이 때, 반응 물질인 용액은
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[Conclusion]

[Reference]

목차

1.Rate law
2.Arrhenius equation
3. Bromination of Acetone

본문내용

이 식은 반응물 또는 생성물, 둘 중 어느 것을 연구하든 같은 반응속도 v가 얻어진다는 이점이 있다. 그러나 반응속도는 화학량론적 반응식을 어떻게 나타냈는가에 따라 달라진다. 만일 반응이 정반응으로 진행되면 반응속도 v는 양이고, 반응이 역반응이면 반응속도 v는 음이다. 만일 반응이 평형에 있다면 반응속도 v=0이다.
-반응차수
일정한 온도에서 반응속도 v는 반응물과 생성물의 농도에 의존한다. ( 반응속도는 촉매와 억제제에 의존하기도 함) 예를 들어
A+ 2B = X
위의 반응이 오른쪽으로 완전히 진행된다면 반응속도는 다음식으로 나타낼 수 있다.
v= k[A]α[B]β
이 속도식(rate equation)에서 k는 속도상수(rate constant)이며 α,β는 농도 및 시간에 무관하다. 여기서 주의할 것은 α,β는 균형화학방정식에서 화학량론적 수가 아니므로 반응속도 실험으로부터 얻지 않으면 안된다. 지수 α를 반응물 A에 대한 반응차수(order of reaction)이라고 한다. 지수는 반드시 정수값만을 갖지 않는다. 속도법칙이 이런 일반식을 갖는다면, 반응물의 지수합을 전체 반응차수(overall order)라고 한다. 이 경우α+β
이다.
반응속도는 종종 반응이 오른쪽으로 완전히 진행하는 것처럼 논의된다. 대부분의 경우 이런 추정은 타당하지만, 그러나 평형상수값이 1크기 정도인 경우, 사정은 다르다. 반응이 완료되지 않는 경우, 속도법칙은 v= vf-vb 형태로 주어진다. 여기서 vf는 정반응 속도이며, vb는 역반응속도이다. vf에 대한 속도식은 초기속도 결정으로 얻는다. vb에 대한 속도식은 역반응을 연구함으로써 얻을 수 있다. 화학적 평형상태에서 전체속도 v는 영이며, vf=vb 관례로부터 얻은 평형 식은 열역학적 평형식과 일치해야 한다.
vf=vb관례로부터 얻은 평형 식은 열역학적 평형식과 일치해야 한다.
반응 속도식은 A+ 2B = X 이런 식보다 더 복잡한 식이 되는 경우가 자주 있다. 예를 들면 반응 메커니즘이 복잡한 경우 반응 속도 식은 분모에 1+K[A]n 항을 추가로 가질 수 있다. 또한 반응이 완결되는 경우에도 반응속도는 생성물에 의해 영향을 받을 수 있다.

참고 자료

-Exploring Chemical Analysis third Edition-Harris[Freeman]
-http://en.wikipedia.org
-표준 일반화학실험(제6개정판) [천문각]
-Physical Chemistry 4th edition[silbey Alberty Bawendi]