수소 원자 모형에서 원자가 a 에서는 핵 주위를 전자가 돌고 있는 모형과 b 에서는 핵 과 전자가 따로 한상자 속에 가만히 있는 원자 모형 에서
b 원자 모형이 질량이 더 많다고 합니다.
이유는 e=mc2 라는 상대성 원리를 이용한다는 데.. 왜 이런 차이가 나는 지 설면 부탁 드립니다
>> PSSH를 사용하는 이유와, 반응메커니즘전개를 위한 경험법칙에 대하 설명좀.. 부탁드립니다~
[답변]
(1) 화학반응(또는 생화학반응의 경우도 마찬가지)에서 반응물질을 투입하면 반응에 참여하는 물질이 활성화되고 중간체를 거쳐 생성물이 얻어지는 것이 일반적입니다.
반응실험을 회분식으로 진행하면 활성화되는 동안 반응이 진행되지 않는것처럼 보이는 기간(Induction Period)이 지난뒤에 중간물질이 감지되고 이때부터 생성물이 나타나기 시작합니다. 중간물질의 농도가 최고일때 생성물질의 생성속도가 최대가 됩니다.
(2) 반응이 여러 복잡한 활성화 과정을 거친다거나 여러 중간물질을 거쳐 생성되는 경우에는 중간 생성물이 연속되는 여러개의 봉우리를 나타냈다가 사라지는 모양을 나타냅니다.
(3) 이러한 과정에서 중간생성물질의 농도는 각 반응단계에서의 반응속도에 영향을 주게 됩니다. 중간생성물질이 일정한 농도를 유지한다고 가정하면 반응속도는 일정하게 유지됩니다. 실제로는 중간물질의 생성속도와 소멸속도가 같아진 "Dynamic Steady State"를 유지되어 중간생성물의 농도가 유지되는 것입니다.
중간생성물은 순간적으로 생성되었다가 사라지기 때문에 농도가 아주 낮은 상태로 감지될 수도 있고 어느 정도 안정하여 꽤 높은 농도로 감지될 수도 있습니다.
이 두가지 경우 어느 경우든 중간생성물의 농도가 일정하여 농도변화가 없는 상태 즉 겉보기 중간생성물의 생성속도가 0인 상태를 가정하면 반응속도식을 아주 단순화 시킬 수 있고 이로부터 중간생성물의 농도도 추산할 수가 있습니다. 이러한 목적으로 PSSH(가상적인 정상상태, Pseudo-Steady-State-Hypothesis)를 사용하게 됩니다. (중간생성물이 시간에 따라 변화한다고 생각하고 미분방정식을 세워두면 이를 풀어내기가 아주 어려워집니다.) 첫번째 질문에 대한 답은 이것입니다.
(4) PSSH를 반응메카니즘과 연계하여 반응속도식으로부터 반응메카니즘을 알아내는 것이 아니고, 반응이 진행되는 양상을 먼저 알고 이로부터 반응메카니즘을 가정한 다음 이것이 반응속도식과 일치하는 지 그리고 반응물의 분석에서 중간물질이 감지되는지를 조사하여 반응메카니즘을 알아내는 것이고 이과정에서 반응속도식으로부터 중간물질이 PSSH에 의해 일정하게 유지된다고 가정하여 실제상황(반응속도)과 일치하는 지를 알아보는데 사용되는 것입니다.
(5) 반응속도를 반응에 참여하고 있는 물질의 농도로 나타내면 실제상황(반응실험결과)과 잘 일치한다고 해서 메카니즘이 규명되는 것은 아닙니다. 반응속도를 나타내는 식은 반응기의 크기나 반응조건을 결정하기 위한 목적으로 사용하면 충분합니다. 그렇지만 이것이 잘 들어맞는다고 해서 메카니즘이 규명된다고는 할 수 없습니다. 반응메카니즘은 유사한 반응으로부터 유추하여 추정해 낼 수 있지만 반응실험과 분석에 의하여 증명되어야 합니다.
(6) 메카니즘을 규명하면 반응속도를 추정하기 쉬울 뿐 만 아니라 부산물의 생성원인과 전환율, 반응평형 등을 해석하는데 도움이 됩니다. 그러나 역으로 PSSH를 도입하여 실제상황과 잘 일치하는 반응속도식을 얻는 것은 메카니즘 규명에 부분적 도움을 줄 뿐, 완전한 메카니즘 규명은 아닙니다. 이것이 두번째 질문에 대한 답입니다.
Stefano/021003
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