化学反応速度論

反応機構。素反応。複雑な反応。分子性。反応の順序と分子性の関係。速度決定ステップ。

反応メカニズムとは、化学反応中に分子レベルで発生する一連のイベントを理解するプロセスです。個々の原子、イオン、または分子がどのように相互作用して生成物を形成するかを研究します。この概念をよりよく理解するには、さまざまな材料を使って複雑な料理を作るようなものだと考えてください。反応メカニズムは、最終的な料理を作るために材料をどのように組み合わせるかを段階的に説明するレシピのようなものです。

反応機構を理解するには、まず素反応を理解しましょう。基本反応では、個々の分子、原子、またはイオンが直接衝突して変化し、特定の生成物が生成されます。素反応では中間体は生成されません。素反応の例としては、水素ガスと塩素ガスの反応が挙げられます。この基本反応では、水素ガス分子 1 個が塩素ガス分子 1 個と衝突します。この衝突により 2 つの塩化水素分子が生成されます。

複雑な反応とは、複数のステップまたは基本反応を伴う化学反応です。基本反応は複雑な化学反応の構成要素のようなものです。シンプルな層のケーキを作るレシピを想像してみてください。材料を加えて混ぜる各ステップは、基本反応を表します。さて、複雑な反応は、多くの層と装飾が施された豪華なケーキを作成するために必要な一連の手順のようなものです。一連の各基本反応は、ファンシーケーキを作る全体的なプロセスに貢献します。

内燃機関で起こる反応の例を見てみましょう。この反応では、イソオクタンが酸素と反応して二酸化炭素と水を生成します。一見すると、この反応は 1 つのステップで起こるように見えるかもしれません。この単一のステップで、25 個の二酸素分子と 2 個のイソオクタン分子が同時に衝突し、34 個の生成物分子が生成されます。ただし、これが一度に発生する可能性は非常に低いです。

反応は一連の個別のステップを経て起こると考えるのがより合理的です。これらの個々のステップは基本反応として知られています。簡単な例でこれを理解してみましょう。反応物 A の 2 つの分子が反応物 B の 1 つの分子と反応します。これにより、製品 C が形成されます。さて、この反応は単一ステップの反応であると思われるかもしれません。しかし、それは一段階の反応ではありません。この反応は実際には 2 つの段階で起こります。

最初のステップでは、反応物 A の 2 つの分子が相互に反応して X を形成します。 2 番目のステップでは、X が反応物として機能します。 X は反応物 B と反応して生成物 C を形成します。ステップ 1 とステップ 2 の反応は、素反応と呼ばれます。これらの基本反応は複雑な反応のステップです。

分子数とは、素反応において反応物として関与する分子または原子の数を指します。素反応では、反応物が直接衝突して生成物に変換されます。分子数によって、この衝突プロセスに関与する分子または原子の数が決まります。たとえば、水素分子は臭素分子と反応して臭化水素を形成します。それは基本的な反応です。 2つの分子が関係します。これらの分子は水素分子と臭素分子です。

分子性に基づいて、反応を 3 つのタイプに分類できます。これらは、単分子反応、二分子反応、三分子反応です。単分子反応では、1 つの分子だけが変換されて生成物が形成されます。これらの反応には、多くの場合、単一分子の分解または異性化が伴います。たとえば、反応物 A から生成物 P への変換は、単分子反応の例です。単分子反応の分子数は1です.

二分子反応では、2 つの分子が衝突して反応し、生成物が形成されます。たとえば、反応物 A が反応物 B と衝突して生成物 P が形成されます。この反応は二分子反応です。 2 つの反応分子の衝突が起こります。二分子反応の分子数は2です。

三分子反応では、3 つの分子が同時に衝突して生成物が生成されます。たとえば、反応物 A、反応物 B、反応物 C が同時に衝突して生成物 P を形成します。三分子反応の分子数は3です。三分子反応は比較的まれです。これは、3 つの分子が同時に衝突する確率が大幅に低いためです。

素反応の順序はその分子度から決定できます。単分子反応は一次反応です。二分子反応は二次反応です。三分子反応は三次反応です。

複雑な反応は複数の基本反応で構成されていることがわかっています。複雑な反応では、1 つの基本反応の分子性が他のものと異なる場合があります。このような複雑な反応の順序をどのように決定できるでしょうか?。この質問に対する答えは、速度決定ステップにあります。

複合反応では、異なる基本反応によって速度が異なります。中には速いスピードで進むものもあります。中にはゆっくりと進むものもあります。複雑な反応の中で最も遅い素反応が反応速度を決定します。この最も遅い基本反応は、速度決定段階と呼ばれます。

反応速度決定段階を理解するために、複雑な反応の例を見てみましょう。求核剤による第三級アルキルハロゲン化物の置換は複雑な反応の一例です。この反応は2つのステップから成ります。最初のステップでは、アルキルハライドの脱離基が脱離します。その結果、カルボカチオンが形成されます。 2 番目のステップでは、求核剤がカルボカチオンを攻撃します。この攻撃により、生成物が形成されます。

これら 2 つのステップは、基本ステップとも呼ばれます。この反応では、最初の基本ステップが最も遅くなります。最初のステップで反応速度が決まります。最初の素反応の分子数は1です。それは単分子反応です。これは一次反応であることを示しています。

均衡 – セッション 1

化学反応速度論

反応機構。 素反応。 複雑な反応。 分子性。 反応の順序と分子性の関係。 速度決定ステップ。

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