[화학반응]이 [쉽게] 일어나려면 반응 물질들의 [분자가 만나야] 한다. 또한 반응을 일으킬 수 있을 정도의 [운동 에너지], 다시 말해 분자들이 만나 반응을 진행시키는 데 필요한 최소한의 운동 에너지인 [활성화 에너지] 이상의 에너지를 [가진 분자]들이 [알맞은 방향]으로 [충돌] 해야 한다. 그런데 어떤 화학반응에 필요한 [활성화 에너지]가 [크면] 화학반응이 [느리] 게 진행된다. 왜냐하면 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자에서만 화학반응이 일어나는데 요구되는 [활성화 에너지]의 수준이 [높으] 면 그 수준을 [충족]시킬 [분자의 수]가 [적어] 지기 때문이다.
그렇다면 [활성화 에너지]의 수준을 [낮추면] [학 반응의 속도]를 [빠르게] 할 수 있을 것이다. 그러한 역할을 하는 것이 [정촉매]이다. 반대로 [부촉매]는 활성화 에너지를 높여 화학반응 속도를 [느리게] 한다. [반응물]인 질소 분자와 수소 분자가 [충돌]하여 [활성화 복합체]를 이루고 화학반응의 결과 [생성물]인 암모니아를 형성하는 과정을 살펴보자. [반응물] 단계의 비교적 [낮은 에너지]는 [활성화 복합체] 단계에서 매우 [높은 에너지] 상태에 이른다. 이 둘의 [차이]가 [활성화 에너지]의 크기다. 그리고 마지막 [생성물] 단계에서는 반응물 단계의 에너지보다 더 [낮은 에너지] 상태에 이른다. (그래프에 서 확인 하시오)
[암모니아 합성]을 연구하던 [초기] 과학자들은 [1000] 도시 이상의 [온도]와 [100 기압] 이상의 [압력] 사용을 제안했었다. 하지만 이 제안은 [실효성이 없었다]. 이에 대한 [대안]으로 등장한 것이 [촉매]를 사용하여 활성화 에너지를 낮추는 [하버의 암모니아 합성법]이다. 이 공정에서는 [산화철]을 [촉매]로 사용하여 [반응 속도]를 10의 13 제곱 배나 [ 빠르게] 했고 반응 [온도]를 400~500 도시로 [낮출] 수 있었다.
[하버의 암모니아 합성법]의 [과정]을 설명하면 다음과 같다. [반응물]인 수소와 질소 분자가 [촉매] 표면에 [흡착]하면 [원자] 상태로 [분해]된다. 그리고 수소와 질소가 [촉매 표면]에서 여러 반응을 거치고 [암모니아로 전환]된다. 마지막으로 [암모니아]가 촉매 표면에서 [떨어져] 기체 [생성물]이 완성된다. 이 과정에서 [질소 분자]가 촉매에 흡착하여 질소 원자로 [분리]되는 반응이 [활성에너지]가 [가장 높고] [반응 속도]가 [느려] 전체 반응의 속도에 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 반응 단계를 [속도 결정 단계]라고 하는데 이 단계가 [촉매]에 의해 [활성 에너지]는 현저히 [낮아] 지고 [속도]는 현저히 [빨라] 지게 되는 것이다. 결국 [촉매]에 의해 [활성 에너지]가 [낮은 새로운 여러 반응] 단계가 [생성]되어 [전체] 반응의 [활성화 에너지]는 [낮아] 지고 [반응 속도]는 [빨라] 지게 되는 것이다.
[생물체 내의 화학 반응]에도 [촉매] 역할을 하는 단백질로 이루어진 [효소]가 있다. 효소는 35~45 도시에서 활성이 가장 크고 이 [온도 범위]를 [넘어] 서면 [활성]이 [떨어진다.] 왜냐하면 일정 온도 이상에서 효소의 단백질 [구조가 변형]되어 [기능이 저하]되기 때문이다. 또한 효소는 [pH의 영향]도 받는데 이도 역시 [일정 범위]를 [넘어] 서면 단백질 [구조 변형]으로 [기능이 저하]된다. 한편 생화학 반응에서는 [반응 물질]을 [기질]이라고 하는데 [기질과 효소]는 들어맞는 것끼리만 결합되어 반응이 진행된다. 이를 [기질 특이성]이라고 한다.
수소 분자와 질소 분자가 [반응물]이 되어 그 원자들이 특정 환경에 충돌하게 되면 [활성 복합체]를 이루고 이 상태에서 여러 반응의 결과 [생성물]인 암모니아가 만들어진다. 이상이 화학반응을 하나의 사례로 정리한 문장이다. 여기서 [반응물, 활성 복합체, 생성물]의 개념을 순서대로 잘 정리해 보는 것이 필요하다. 어쨌든 이러한 [화학 반응]이 [잘] 일어나기 위해 분자들의 반응을 일으킬 수 있는 운동 에너지인 [활성화 에너지]가 적절한 [수준]으로 [유도] 되어야 한다. 여기서 적절한 수준이란 [화학반응이 빠르게] 일어날 수 있는 [수준]을 의미한다. 만약 [활성화 에너지 수준]이 [높으면] 그 [수준을 넘어서는 운동 에너지]를 가진 [분자]가 전체 분자에서 차지하는 [비율이 낮아] 질 것이니 반응이 일어나는 속도는 [느려질] 것이다. 비유하자면, 한 교실에서 운동 능력이 90 이상인 아이들만 활동에 참여하도록 활동의 속도는 느려질 것이다. 반대로 운동 능력 50 이상인 아이들이 참여하게 한다면 활동에 참여할 수 있는 아이들이 더 많아져 훨씬 활동을 효율적으로 빠르게 이룰 수 있을 것이다. 그렇다면 이 [활성화 에너지의 수준]을 [어떻게 낮출 수 있을까? 촉매가 그 역할을 한다. [촉매]는 전체 반응의 [많은 부분]을 [차지]하는 [단계]의 [활성화 에너지 수준]을 [낮추]어 [전체] 활성화 에너지 수준을 [낮추] 게 된다. 그렇게 되면 화학반응의 [속도]는 [빨라지게] 된다.
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