化学反応速度論

反応速度。反応速度に影響を与える要因。触媒。均一触媒。不均一触媒。

鉄が錆びるのは化学反応だということは知られています。それはすぐには起こりません。鉄の錆びはゆっくりと進行します。しかし、ガソリンの燃焼は素早い反応です。なぜある反応はすぐに起こるのに、他の反応には数時間または数日かかるのか疑問に思ったことはありませんか?。その答えは反応速度の概念の中にあります。

反応速度とは、化学反応が起こる速度を指します。反応速度は通常、反応物または生成物の濃度の変化を時間とともに監視することによって測定されます。反応速度が速いほど、反応が起こるのにかかる時間が短くなります。反応速度が遅い場合、反応が完了するまでに時間がかかります。

化学反応の速度は、反応に関与する物質の濃度の変化を、濃度の変化が起こる時間間隔で割ったものとして表すことができます。反応速度の単位は、研究対象となる特定の反応によって異なります。化学反応では、反応物の濃度は時間の経過とともに減少します。製品の濃度は時間の経過とともに上昇します。

反応物 A が反応物 B と反応して生成物 C を生成する化学反応を考えてみましょう。時間が経つにつれて、反応物 A と反応物 B の濃度は減少します。この特定の反応の反応速度は、反応物Aに関して次のように表される −Δ[A]/Δt。 Δ変化の概念を表します。負の符号は、反応物の濃度が時間の経過とともに減少するという事実によるものです。

反応物Bに関する速度は次のように表される −Δ[B]/Δt。ここでの負の符号は、反応物 B の濃度が減少したためです。製品Cに関する率は次のように表される Δ[C]/Δt。ここにはマイナス記号はありません。これは、時間の経過とともに製品の濃度が増加するためです。

化学反応の速度を計算するには、特定の時間間隔における反応物または生成物の濃度の変化を決定する必要があります。反応物の初期濃度は次のように表される [A]₁。反応物の最終濃度は次のように表される [A]₂。したがって、濃度の変化は最終濃度から初期濃度を引いた値に等しくなります。初期時間は次のように表される t₁。最終時間は次のように表される t₂。時間間隔は最終時間から初期時間を引いた値に等しくなります。

反応速度を計算するには、まず反応物の初期濃度から反応物の最終濃度を差し引いて、反応物の濃度の変化を求めます。同様に、最初の時間から最後の時間を減算して時間間隔を決定します。最後に、反応物質の濃度の変化を時間間隔で割って、反応速度を求めます。

化学反応の速度を計算する例を考えてみましょう。反応物Aの初期濃度が 0.1M。反応物Aの最終濃度は 0.05M。初期時間は 0 秒、最終時間は 30 秒です。

まず、反応物 A の濃度の変化と時間間隔を計算する必要があります。反応物Aの濃度の変化は -0.05M。計算された時間間隔は 30 秒です。ここで、濃度の変化を時間間隔で割ります。最終的に計算された反応速度は 0.00167M/s。マイナス記号は、反応物が消費されていることを示します。これは、 00167Mこの反応中、反応物 A が毎秒消費されます。

化学反応の速度にはいくつかの要因が影響します。これらの要因について簡単に説明します。反応物質の濃度は反応速度を決定する上で重要な役割を果たします。反応物質の濃度が増加すると、粒子間の衝突が成功する頻度が増加します。反応粒子間の衝突の成功回数が増えると、より多くの反応物がより短い時間で生成物に変換されることを意味します。これにより、反応速度が高まります。

温度は反応速度に直接影響を及ぼします。温度が上昇すると、粒子の運動エネルギーも増加します。その結果、衝突がより頻繁かつ活発になります。衝突の頻度とエネルギーが高ければ高いほど、反応物はより速く生成物に変換されます。したがって、一般的に温度が高いほど反応速度が速くなります。

固体反応物が関与する反応では、固体の表面積が反応速度に影響を与えます。固体反応物の表面積を増やすと、より多くの粒子が露出します。これにより、ガスや液体などの他の相からの反応粒子が衝突する領域が広くなります。この表面積の増加により、衝突が成功する可能性が高まり、反応速度が向上します。

触媒は、プロセス中に消費されたり永久に変化したりすることなく、化学反応を加速させる物質です。触媒は、触媒なしの反応に比べて低い活性化エネルギーを必要とする代替反応経路を提供することで機能します。活性化エネルギーは、化学反応が起こるために必要な最小エネルギーです。触媒は活性化エネルギーを下げることで、反応粒子がエネルギー障壁をより簡単に克服し、生成物の形成に進むことを可能にします。

均一系触媒は、反応において反応物と同じ相にある触媒です。通常、均一触媒は溶液またはガス中で起こる反応に使用されます。均一触媒の例としては、特定の化学反応における酸または塩基の使用が挙げられます。例えば、硫酸はエステル化反応の触媒として作用します。この反応では、硫酸がアルコールとカルボン酸をエステルと水に変換するのに役立ちます。硫酸、アルコール、カルボン酸はすべて同じ液相にあります。

不均一触媒は、反応物とは異なる相に存在する触媒です。通常、不均一触媒は、ガスまたは液体が関与する反応を促進する固体物質です。不均一触媒の一例としては、自動車の触媒コンバーターに使用されるプラチナが挙げられます。触媒コンバーターにはプラチナでコーティングされたハニカムのような構造が含まれています。プラチナ触媒は、一酸化炭素や窒素酸化物などの有害な排気ガスを、二酸化炭素、窒素ガス、水などの害の少ない物質に変換するのに役立ちます。

化学反応速度論

化学反応速度論

反応速度。 反応速度に影響を与える要因。 触媒。 均一触媒。 不均一触媒。

反応速度。反応速度に影響を与える要因。触媒。均一触媒。不均一触媒。