化学反応速度論

衝突理論。衝突頻度。レート法。反応順序。

反応速度は反応物の濃度と温度に依存することがわかっています。しかし、濃度と温度の変化がなぜ反応速度に影響を与えるのでしょうか?。この質問に答えるために、衝突理論を理解しましょう。衝突理論によれば、反応が起こるためには、反応する粒子が互いに衝突する必要があるとされています。粒子は適切な方向で衝突する必要があります。この衝突により生成物が形成されます。

衝突理論の文脈では、粒子は化学反応に参加する原子、分子、またはイオンを表します。これらの粒子は運動エネルギーにより常に動いています。粒子が移動すると、反応混合物内の他の粒子と衝突する可能性があります。衝突理論は、反応が起こるためにはこれらの粒子間の衝突が必要であることを強調しています。

ただし、すべての衝突が反応を引き起こすわけではありません。衝突は 2 つの重要な条件を満たす必要があります。これらの条件は、十分なエネルギーと適切な方向です。衝突する粒子は活性化エネルギー障壁を克服するのに十分な運動エネルギーを持っている必要があります。活性化エネルギーとは、反応が起こるために必要な最小限のエネルギー量を指します。これは、反応を開始するために粒子が乗り越えなければならない一種のハードルとして機能します。

衝突する粒子のエネルギーが活性化エネルギー閾値によって示される値より低い場合、粒子は反応分子内の既存の結合を破壊することができません。代わりに、粒子はそれらの間の反発力により、単に互いに跳ね返ります。このタイプの衝突は、反応を開始するには効果がないと考えられています。これは、反応物の結合を破壊し、新しい結合の形成を開始するために必要なエネルギーが達成されないためです。

粒子が活性化エネルギー以上のエネルギーで衝突すると、反応物の結合が切断される可能性があります。これにより、新しい結合が形成され、製品が生成されます。このような衝突は有効衝突と呼ばれます。

化学反応が起こるためには、反応する粒子が十分なエネルギーで衝突するだけでなく、正しい空間方向で衝突する必要があります。この正しい配向は、必要な原子または分子の再配置が起こるために必要です。反応粒子間の衝突中に、エネルギーが 1 つの粒子から別の粒子に伝達されます。このエネルギー伝達により、結合が破壊され、形成されて、目的の製品が生成されます。ただし、これらのプロセスが正常に発生するためには、反応する粒子が適切に整列している必要があります。

粒子が間違った方向で衝突すると、必要な原子または分子の再配置が効率的に発生しません。衝突中に伝達されたエネルギーは、反応物の結合を破壊し、新しい結合を形成するために効果的に利用されない可能性があります。その結果、反応が妨げられます。製品が形成されにくくなります。

衝突頻度とは、化学反応において単位時間あたりに発生する衝突の数を指します。衝突頻度は反応速度に正比例します。衝突頻度が高いほど、反応速度が速くなります。衝突頻度が小さいと反応速度は遅くなります。

衝突頻度は反応粒子の濃度に依存します。反応粒子の濃度が高いということは、衝突に利用できる単位体積あたりの粒子の数が増えることを意味します。その結果、衝突の可能性が高まります。これにより衝突頻度が高くなります.

反応する粒子の平均速度も衝突頻度に影響します。粒子の平均速度が上昇すると、他の粒子と衝突する可能性も高くなります。その結果、衝突頻度が高くなります。さらに、粒子の速度はその運動エネルギーに直接関係しています。運動エネルギーは粒子の運動エネルギーの尺度です。したがって、速度の速い粒子は運動エネルギーも高くなります。これは、粒子が活性化エネルギーを克服して衝突を成功させることができることを意味します。

反応速度法則は、化学反応の速度と反応物の濃度の関係を記述する数式です。これは、反応物の濃度が、生成物が形成される速度や反応物が消費される速度にどのように影響するかを表します。反応物 A と反応物 B がある反応を考えてみましょう。これらの反応物は反応して生成物反応物 C を形成します。速度法則の一般的な形式が示されています。

与えられた方程式において、速度は反応速度、つまり単位時間あたりの反応物または生成物の濃度の変化を表します。角括弧内の文字 A は、反応物 A の濃度を表します。角括弧内の文字 B は、反応物 B の濃度を表します。記号 K は速度定数と呼ばれます。これは、温度、触媒、反応メカニズムなどの要因に依存する比例定数です。反応物質の濃度とは無関係です。

反応速度式における指数 x と y は、それぞれ反応物 A と反応物 B に対する反応次数を表します。反応次数は、特定の反応物の濃度の変化に対する反応速度の感度を示します。 0、正、負、小数になることもあります。反応物の反応次数が 0 の場合、その反応物はゼロ次反応物と呼ばれます。つまり、反応物の濃度は反応速度に影響を与えません。速度は特定の反応物の濃度とは無関係です。ゼロ次反応物の反応速度式を示します。

反応物の反応次数が 1 の場合、その反応物は一次反応物と呼ばれます。これは、反応速度がその反応物の濃度に正比例することを示しています。一次反応物の濃度を 2 倍にすると、反応速度も 2 倍になります。一次反応物の反応速度式が示されています。

反応物の反応次数が 2 の場合、その反応物は 2 次反応物と呼ばれます。これは、反応速度がその反応物の濃度の二乗に比例することを示しています。二次反応物の濃度を 2 倍にすると、反応速度は 4 倍に上昇します。二次反応物の反応速度式が示されています。

化学反応速度論

化学反応速度論

衝突理論。 衝突頻度。 レート法。 反応順序。

衝突理論。衝突頻度。レート法。反応順序。