[일신기술] 촉매란 무엇인가요?

출처: 픽사베이

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안녕하세요, 일신오토클레이브입니다.

최근 이화여대 연구팀에서 인공광합성으로 이산화탄소를 개미산으로 전환하는 새로운 2차원 나노구조의 촉매 시스템 개발에 성공했다는 뉴스 기사를 보았는데, 태양광 에너지를 사용해 이산화탄소를 전환하는 인공광합성용 촉매시스템의 개발은 전 세계적으로 가장 활발한 연구 분야 중 하나라고 합니다.

 

이러한 이유로는 기존의 연구에선 조효소 재생 촉매와 효소를 용액 내에 혼합해 사용함으로써 반응 효율이 높지 않은 문제점을 가지고 있기 때문이라고 합니다. 여기서 말하는 촉매란 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.

 

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촉매와 활성화 에너지

촉매에 대해 설명하기 전 활성화 에너지에 대해 먼저 설명드리겠습니다.

우리가 어떤 반응을 진행시키기 위해서는 반응 물질들이 필요한데, 그 반응 물질들이 서로 만나야만 합니다.

분자들이 만나 반응을 일으키기 위해서는 에너지를 가진 분자들이 알맞은 방향으로 출동해야 합니다.

만약 분자가 반응을 진행시킬 만큼의 에너지를 갖지 못 한다면, 그 충돌은 불필요한 충돌만 일어날 뿐 제대로된 반응을 진행시킬 수 없습니다.

 

즉 반응을 진행시키는데 최소한의 에너지가 필요한데, 이 에너지를 활성화 에너지라고 부릅니다.

따라서 활성화에너지 이상의 에너지를 가지고 있는 분자만이 반응이 일어납니다.

 

활성화에너지는 반응 속도와도 관계가 있는데, 조금 쉬운 설명을 위해 흑연과 다이아몬드를 예로 들겠습니다.

흑연과 다이아몬드는 모두 탄소로 이루어져 이는데, 배열 상태가 달라 서로 다른 물질로 구분이 됩니다.

이론적으로는 흑연의 배열 상태가 바뀌면 다이아몬드가 만들어지지 않을까?라는 의문을 가질 수 있는데, 이론적으로만 가능한 이야기일 뿐 흑연이 다이아몬드로 바뀌는 반응은 활성화에너지가 매우 높아 엄청난 온도와 압력 그리고 시간이 필요합니다.

더군다나 자연 상태에서라면 반응 속도는 거의 0에 가까워 엄청난 시간이 걸리기에 사실상 불가능하다고 보면 될 것입니다.

 

이처럼 어떤 반응의 활성화에너지가 크면 활성화에너지 이상의 에너지를 갖는 분자의 수가 적어 반응이 느리게 진행이 됩니다.

반대로 활성화에너지가 작은 반응에서는 큰에너지를 가진 분자들이 많아 반응이 빠르게 진행된다고 할 수 있습니다.

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출처: 픽사베이

 

이처럼 활성화에너지는 반응의 속도를 결정하는데 중요한 역할을 하는데, 여기서 활성화에너지 조절을 도와주는 역할의 매개체가 바로 촉매입니다.

 

촉매를 사용하면 반응속도가 빨라져 원하는 반응을 더 빠른 시간안에 진행시킬 수 있습니다.

이러한 이유는 활성화에너지를 낮게하여 반응을 일으킬 수 있는 분자수가 많아지는데, 이러한 촉매를 정촉매라고 합니다.

반대로 활성화에너지를 증가시켜 반응 속도를 느리게하는 촉매를 부촉매라고 합니다.

※ 촉매는 소량만 있어도 반응 속도에 영향을 미치며, 일반 반응보다 촉매가 더해진 반응의 속도가 더 빠릅니다.

 

촉매는 직접 반응 물질로 작용하는 것이 아니라, 반응 속도만을 조절하는 역할이기에 반응 전후 질량은 변하지 않습니다.

간단히 정리하자면 촉매는 반응 과정에서 소모되지 않으면서 반응 속도를 변화시키는 물질이라고 할 수 있습니다.

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다목적 반응기 소개

다목적 반응기

일신오토클레이브의 다목적 반응기는 승온(가열)과 동시에 포화수증기압 등의 분위기를 조성하여 합성 반응 또는 촉매 반응을 일으키며,

적정 조건에 따라 입자 크기와 입경, 형상, 입도 분포, 조성 및 순도를 제어할 수 있습니다.

반응 속도에 영향을 주는 촉매를 투입하여 활성화에너지를 낮추어 반응속도 제어도 가능합니다.

 

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초고온·초고압 반응기 소개

초고온·초고압 반응기

초고온·초고압 반응기는 초고온 상태에서 화학 반응이나 수열 반응, 촉매 반응, 바이오매스 처리 등을 수행할 수 있는 설비입니다.

초고온 상태를 만들어 유지하기 위해 반응기 소재 열에 대한 안정성과 산화 저항, 열 사이클링 저항을 우선시하여 선정하는 것이 중요한데,

이를 바탕으로 안정적으로 반응을 수행할 수 있도록 HAYNES 고온 합금강 제품 중에서 선정하였습니다.

열처리나 산업 가열 시스템, 화학, 석유화학, 항송 분야에 많이 접목되어 사용되고 있습니다.

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정보 출처

두산백과 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1155512&cid=40942&categoryId=32252

학생백과 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=941859&cid=47339&categoryId=47339

이공계실험백과(네이버블로그) : https://blog.naver.com/hisdine/222192706962

위키백과 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B4%89%EB%A7%A4#%EC%B4%89%EB%A7%A4%EC%9D%98_%EC%9D%98%EC%9D%98

unnNEWS: https://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=532069

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