AI 생성 노트
전이 상태와 촉매 — 강의 노트
출처: 화학 칠판 사진 · CHEM 201 · 라벨 23개 인식
수업 맥락
칠판- 강의: CHEM 201 · Lin 교수 · 화 14:15 · 3/14.
- 주제: 전이 상태와 촉매(8장).
- 시험 관련: 중간고사에서 매년 2문제가 이 범위에서 출제.
SN2 기전
칠판- 반응: A + B → AB‡ → C — 한 단계로 동시에 진행.
- 전이 상태: AB‡는 안장점에서 결합 생성과 절단이 동시에 일어난다.
- 입체화학: 후면 공격이 중심 탄소의 Walden 반전을 유도한다.
- 속도식: rate = k[A][B] — 2차 반응, 기질과 친핵체 모두에 의존.
SN1 기전
칠판- 두 단계: R₃C—Br이 카르보양이온으로 이온화한 뒤 친핵체가 공격.
- 중간체: 카르보양이온은 국소 최솟값을 가진 실재하는 중간체(전이 상태와 구별).
- 속도식: rate = k[A] — 1차 반응, 기질에만 의존.
- 입체화학: 평면 구조라 양면에서 공격받아 라세미화된다.
에너지 그래프
칠판- 축: x = 반응 좌표, y = 자유에너지 G.
- ΔG°: 전체 반응의 표준 자유에너지 변화(생성물 − 반응물).
- ΔG‡: 활성화 자유에너지 — 직전 최솟값에서 TS까지의 높이.
- 촉매 경로: 점선의 더 낮은 곡선 — 생성물과 ΔG°는 같지만 ΔG‡가 낮다.
활성화 에너지와 속도
칠판- E_a: 반응물이 TS에 도달하기 위해 넘어야 하는 장벽.
- 율속 단계: 다단 기전에서 E_a가 가장 높은 단계가 전체 속도를 결정.
- 온도 효과: T를 올리면 볼츠만 분포가 이동해 E_a 이상의 에너지를 가진 분자가 증가.
- 촉매 규칙: 대체 경로로 ΔG‡를 낮춘다. ΔG, K_eq, 생성물 분포는 불변.
Eyring vs Arrhenius
칠판- Eyring: k = (k_BT/h)·e^(−ΔG‡/RT) — 자유에너지를 사용하는 열역학적 형식.
- Arrhenius: k = A·e^(−E_a/RT) — 경험식, A는 전지수 인자.
- 활성화 엔트로피: Eyring은 ΔS‡를 명시적으로 보여주지만 Arrhenius는 그렇지 않다.
핵심 정의
칠판- 중간체 ≠ TS: 중간체 = 국소 최솟값, 수명 있음. TS = 안장점, 수명 없음.
- Hammond 가설: TS는 구조적으로 에너지가 가까운 쪽(반응물 또는 생성물)에 닮는다.
- 촉매 주의: 기전만 바꿀 뿐 K_eq와 ΔG는 그대로.
연습 8.3
칠판- 과제 1: 다단 기전 각 단계의 ΔG‡ 예측.
- 과제 2: 율속 단계(가장 높은 ΔG‡) 식별.
- 풀이 1단계: ΔG‡_1 ≈ 18 kcal/mol — 촉매 경로가 넘어야 할 기준.
