우리 주변의 화학반응은 빠른 반응과 느린 반응으로 분류할 수 있다. 철이 녹스는 반응은 비교적 천천히 일어나지만 물질이 타는 연소반응이나 강산과 강염기의 중화반응은 매우 빠르게 반응이 일어난다. 이와 같은 반응의 빠르기를 반응속도라고 한다. 반응속도는 일정한 조건에서 반응물과 생성물의 농도 변화로도 표현할 수 있는데, 반응시간 동안 반응물의 농도감소량 또는 반응시간 동안 생성물의 농도 증가량으로 표현할 수 있다. 반응속도의 종류에는 평균 반응속도, 순간 반응속도, 초기 반응속도가 있다. 일정 시간 동안의 반응속도를 평균 반응속도이고, 특정 시점에서의 반응속도를 순간 반응속도라 부른다. 반응용기에 반응물질을 넣은 직후의 반응속도를 초기 반응속도라고 부른다. 반응물의 농도가 반응속도에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 식으로 표현한 것을 반응속도식이라고 한다. 반응속도식은 반응속도 상수와 반응물질의 농도값의 곱으로 이루어져 있는데, 이 식의 차수는 화학반응식의 계수가 아니고 실험을 통해서 어느 물질의 농도에 어떻게 반응하는지 결정하는 것이다. 반응속도상수는 반응의 빠르기를 결정하는 기본 요소로, 빠른 반응일수록 반응속도 상수값이 크다. 반응속도상수는 반응에 따라 다른 값을 가지며, 실험에 따라 그 값이 결정된다. 또한 온도에 따라 다른 값을 가지고 반응속도 상수의 단위도 각 반응속도식에 따라 달라진다. 1차반응의 경우 전체 반응 차수가1인 경우로, 반응물의 농도와 반응속도가 비례한다. 0차반응의 경우 반응속도가 반응물의 농도와 관계가 없는 반응으로, 반응물의 농도와 관계없이 반응속도가 항상 일정한 반응을 나타낸다.
화학반응이 일어나려면 유효 충돌이 일어나야 한다. 반응물의 입자들끼리 충돌이 일어나고, 충돌 방향이 유의미할 때 기존의 결합이 끊어지고 새로운 결합이 형성되면서 생성물이 만들어지게 된다. 또 반응이 일어날 수 있는 충분한 에너지를 지니고 있어야 한다. 반응이 일어날 수 있는 방향과 충분한 에너지를 가지고 충돌할 때 유효 충돌이 일어났다고 표현한다. 화학반응이 일어나는데 필요한 최소한의 에너지를 활성화에너지라고 부르고, 이 에너지 장벽을 넘어야 화학반응이 일어날 수 있다. 활성화에너지가 크면 반응속도가 느리고 활성화에너지가 작을수록 반응속도가 빠르다. 반응 엔탈피는 생성물질의 엔탈피의 총합에서 반응물질 엔탈피의 총합을 뺀 값으로, 활성화에너지의 크기와는 관계가 없다. 활성화에너지를 이용하여 반응 엔탈피를 구할 수 있는데, 정반응의 활성화에너지에서 역반응의 활성화에너지를 빼서 구할 수 있다. 발열반응은 정반응의 활성화에너지가 역반응의 활성화에너지보다 작고, 흡열반응은 정반응의 활성화에너지가 역반응의 활성화에너지보다 크다. 반응속도에 영향을 미치는 요인에는 농도, 온도, 촉매가 있다. 먼저 반응물질의 농도가 증가하면 반응물의 입자 간의 충돌횟수가 증가하고 반응할 수 있는 입자수가 증가하므로 반응속도가 빨라진다. 기체의 경우 반응용기의 압력을 증가하면 기체의 부피가 감소하고 단위 부피 당 입자수가 증가하여 충돌 횟수가 증가하므로 반응속도가 증가한다. 고체의 경우 표면적이 넓을수록 충돌 또는 접촉할 기회가 많아져 반응속도가 증가한다. 같은 성분의 약이라도 알약보다는 가루약이 흡수가 빠르고 약효가 빠른 이유는 표면적이 증가하여 반응속도가 빨라지기 때문이다. 온도가 올라가면 반응속도가 증가하는데, 이것은 온도가 높아지면 활성화에너지 이상의 운동에너지를 지니는 분자수가 증가하고 유효 충돌을 할 수 있는 분자의 수가 증가하여 반응속도가 증가하는 것이다. 단순히 온도가 증가하여 분자들의 평균 운동에너지가 증가하여 반응속도가 증가한다고 표현하는 것은 온도에 따른 반응속도의 증가율을 제대로 설명하지 못한다. 온도가 올라가면 반응속도상수가 증가하여 반응속도가 빨라진다. 냉장고에 음식을 보관하는 것은 온도를 낮추어 음식이 상하는 반응의 속도를 느리게 하는 것이고, 겨울철에 온실에서 채소를 키우는 것은 온도를 높여서 식물의 생장 반응속도를 빠르게 하는 것으로 설명할 수 있다. 촉매는 화학반응에서 자신은 변하지 않고 반응속도를 제어하는 물질을 말한다. 정촉매를 넣으면 반응속도가 빨라지고 부촉매를 넣으면 반응속도가 느려진다. 정촉매는 활성화에너지를 감소시켜 반응할 수 있는 분자의 수를 증가시키고, 부촉매는 활성화에너지를 증가시켜 반응할 수 있는 분자의 수를 감소시켜 반응속도가 느려진다. 촉매는 반응의 경로를 바꾸는 역할을 하고, 반응 엔탈피는 변하지 않는다. 촉매는 화학평형을 이동시키지는 못하고 화학평형에 도달하는 속도만 제어한다. 정촉매를 사용하면 반응 속도 상수가 증가하고 부촉매를 사용하면 반응 속도 상수가 감소한다. 암모니아를 합성하는 방법 중 하버-보슈는 적절한 촉매를 사용하고 적정온도와 적정온도에서 가장 암모니아의 수득률을 높이는 방법을 찾아내었다. 이를 하버-보슈법이라고 하고, 암모니아의 대량생산에 성공하여 질소비료를 대량으로 공급하여 곡물의 생산량을 늘려 기아문제를 해결하는데 큰 역할을 담당하였다.
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