化学反応速度論

ゼロ次反応。一次反応。一次反応の速度定数の単位の導出。二次反応。二次反応の速度定数の単位の導出。反応の全体的な順序の解釈。瞬間レート。初期レート。平均レート。人生の半分。

ゼロ次反応では、反応速度は反応物の濃度に依存しません。つまり、反応物の濃度を変えても、反応が起こる速度は一定のままです。ゼロ次反応の一例としては、過酸化水素が水と酸素ガスに分解される反応が挙げられます。この反応はカタラーゼと呼ばれる酵素によって触媒されます。カタラーゼは多くの生物に見られます。

速度式は単純であり、過酸化水素の濃度に依存しません。ゼロ次反応の場合、速度は k に等しくなります。 k は速度定数です。 k は温度や圧力などの反応条件にのみ依存します。反応の速度はカタラーゼ酵素の濃度によってのみ決まります。これは、過酸化水素の初期濃度に関係なく、十分なカタラーゼが存在する限り、反応は同じ速度で進行することを意味します。

ゼロ次反応の速度と濃度の間のグラフをプロットすると、x 軸に平行な直線が得られます。この線は、濃度が上昇しても反応速度は一定のままであることを示しています。これは、ゼロ次反応の速度が反応物の濃度に依存しないことを示しています。

一次反応では、反応速度は反応物の濃度に正比例します。反応物の濃度が減少すると、反応速度も比例して減少します。同様に、反応物の濃度を増加させると、反応速度も増加します。反応物 A に関する一次反応の速度式をここに示します。

一次反応の速度と濃度の間のグラフをプロットすると、原点から始まる直線が得られます。濃度が増加すると、反応速度も増加することがわかります。これは、一次反応の速度が反応物の濃度に正比例することを示しています。

一次反応の速度定数の単位を導出してみましょう。まず、一次反応の速度式から始めましょう。料金の単位は molL⁻¹s⁻¹。反応物Aの濃度の単位は molL⁻¹。次に、速度と濃度の単位を速度方程式に代入します。

値を代入した後、方程式の両辺を濃度の単位で割って「k」を分離します。これは、方程式の片側に k を取り、方程式のもう一方の側に単位を取るためです。最後に、単位を単純化して、 molL⁻¹。一次反応の速度定数の単位は秒の逆数です。

2 つの異なる反応物の二次反応では、反応速度は濃度の積に正比例します。単一の反応物の二次反応では、反応速度は濃度の二乗に正比例します。単一の反応物と二重の反応物を含む二次反応の速度式をここに示します。 2 つの反応物質による二次反応で、反応物質「A」と「B」の両方の濃度が 2 倍になると、反応速度は 4 倍になります。あるいは、単一反応物の二次反応では、「A」の濃度が 2 倍になると、速度は 4 倍に増加します。

単一の反応物を含む二次反応のグラフをプロットしてみましょう。濃度は x 軸で測定されます。レートは y 軸にプロットされます。二次反応のグラフは曲線を示していることがわかります。この曲線は、反応速度が反応物の濃度の二乗に比例することを示しています。たとえば、反応物の濃度を 2 倍に増やすと、反応速度は 4 倍になります。

ここで、二次反応の速度定数の単位を導出します。速度と濃度の単位を2次速度方程式に代入します。その後、方程式の両辺を濃度の単位の二乗で割って「k」を分離します。ここで、次のような共通単位を消去して方程式を簡略化します molL⁻¹。二次反応の速度定数の単位は L mol⁻¹s⁻¹。

反応の全体的な順序は、各反応物に関する個々の反応順序を合計することによって決定されます。反応物 A がゼロ次反応物である反応の例を見てみましょう。これは、反応物 A の次数がゼロであることを意味します。反応物 B は一次反応物です。反応物Bの順序は1です。したがって、両方の値を加算すると、値は 1 になります。これは一次反応であることを示しています。反応物の次数の合計が 2 の場合、それは二次反応です。

化学反応の瞬間速度とは、反応の過程における特定の瞬間における反応物または生成物の変化率を指します。瞬間速度は、反応の進行中のいつでも測定できます。瞬間速度により、さまざまな時点での反応の挙動を理解することができます。

化学反応の初期速度とは、反応の開始時に生成物が形成される速度、または反応物が消費される速度を指します。化学反応の初期速度は、非常に短い時間間隔での反応物または生成物の濃度の変化を測定することによって測定されます。この測定は通常、反応の開始時、時間がほぼ 0 のときに行われます。

化学反応の平均速度とは、指定された期間にわたる反応の全体的な速度を指します。平均速度を計算するには、2 つの異なる時点での反応の濃度を測定します。その後、濃度の変化と時間間隔を測定します。次に、濃度の変化を時間間隔で割ります。平均速度は、時間の経過に伴って反応がどのように進行しているかをより広い視点で示します。

化学反応の半減期とは、反応物の半分が生成物に変換されるまでにかかる時間です。たとえば、反応の半減期が 10 秒の場合、反応物の濃度が初期値の半分に減少するのに 10 秒かかることを意味します。反応の半減期は次のように表される t(1/2)。

化学反応速度論

化学反応速度論

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