미어스 기준 (Mears criterion)
쉽게 풀면
촉매 반응 속도를 측정할 때, 실제로는 반응 자체가 느린 것이 아니라 반응물이 촉매 표면까지 오지 못해 느려 보이는 경우가 있습니다. 미어스 기준은 관측된 반응 속도와 입자 크기, 외부 물질전달계수를 한데 묶은 값이 작은 기준치보다 작으면 이런 외부 저항을 무시해도 된다고 알려 줍니다. 즉 측정값이 진짜 반응속도인지 확인하는 점검표입니다.
왜 중요한가
반응속도 상수나 활성화에너지를 보고하려면 먼저 측정값이 전달 저항에 오염되지 않았음을 보여야 하며, 그렇지 않으면 겉보기 활성화에너지가 실제의 절반 이하로 낮게 나오는 등 결론이 왜곡됩니다. 미어스 기준은 계산이 간단해 촉매 동역학 실험 논문에서 내부 확산을 보는 기준과 짝을 이루어 거의 관례적으로 함께 제시됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
기준치와 비교해 전달 저항의 영향을 배제하는 표준적 서술입니다.
물질뿐 아니라 열에 대해서도 같은 형식의 기준이 적용됨을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
물질전달에 대한 미어스 기준은 관측 반응속도에 입자 반지름과 반응차수를 곱한 값을 외부 물질전달계수와 벌크 농도의 곱으로 나눈 형태이며, 이 값이 0.15보다 작으면 외부 농도 구배로 인한 속도 왜곡이 5% 미만이라는 뜻입니다. 열전달 형태는 반응열과 유효 활성화에너지를 포함하며, 발열이 큰 반응에서 특히 위배되기 쉽습니다. 실험적으로는 입자 크기를 고정한 채 유속만 바꾸어 관측 속도가 변하지 않으면 외부 저항이 없다고 확인할 수 있습니다.
주의할 점
미어스 기준은 입자 바깥 경막의 저항만 다루므로, 입자 내부 세공 확산의 영향은 바이스-프레이터 기준으로 따로 확인해야 하며 둘을 혼동해서는 안 됩니다. 두 기준 모두 관측된 속도만으로 판정할 수 있다는 점은 같지만, 대상이 되는 저항의 위치가 입자 밖과 안으로 정반대입니다.