작은 반응 매질에서 일어나는 촉매 반응 속도에 관한 연구
Kinetics of Catalytic Reactions Occurring in a Small Reaction Volume
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초록
본 논문에서는 반응 매질의 부피가 촉매 반응 속도에 미치는 영향을 조사하였다. 단순하지만 정확한 모델에 대한 연구로부터 촉매 반응의 반응 속도 계수는 매질의 부피가 줄어들 수록 증가함을 알게 되었다. 평균 반응속도 상수(average reaction rate constant)는 Collins-Kimball 속도 상수의 일반화 된 형태로 얻어졌는데, 속도 상수는 부피의 효과를 보정해주는 인자를 포함하고 있다. 조사한 모델의 반응물 농도는 전통적 화학 반응론에서 예측되는 지수함수적 감소와는 상당한 차이를 보이는데 이는 기존 화학 반응속도론에서는 무시되는 반응분자 공간 분포의 비평형 확산운동(non-equilibrium diffusive dynamics)의 효과 때문이다. 반응 매질의 부피가 유한한 점을 고려하면, 반응 시간이 충분히 오래 지났을 때, 기존의 확산지배 반응에서는 예측 되는 않는 지수 함수적 농도 감소가 얻어지는데, 그 속도 상수 역시 반응매질 크기에 의존한다.
Abstract
We investigate the kinetics of diffusion-influenced catalytic reactions occurring in small reaction volume. From a simple exact model study, we find that the reaction rate coefficient decreases with the size of reaction volume. The explicit expression for the average reaction rate constant is presented, which can be regarded as a generalization of well-known Collins-Kimball rate constant into the reactions occurring in a small reaction volume. It turns out that the traditional diffusion influenced reaction dynamics is followed by a single exponential relaxation phase with a rate constant dependent on the reaction volume for the catalytic reactions occurring in small reaction volumes.
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