濃度依存性

化学反応速度論と反応速度法則

化学反応速度論とは、化学反応の速度または速度を指します。速度は、反応のメカニズム、複雑さ、および反応物の数によって異なります。反応物濃度も反応速度に重要な役割を果たします。

レート法則は、実験を通じてこの関係を定量化します。各反応物は、反応順序と呼ばれる要因によって反応の速度に寄与します。この係数は 0 から 2 の範囲であり、その反応物と反応速度との関係に依存します。

r = k[A]^m[B]ⁿ for aA + bB + ...→ cC

この式において、rは反応速度、kは反応速度定数、[A]と[B]は反応物AとBの濃度、mとnはそれぞれ反応物AとBの反応順序です。反応速度rは、時間の経過に伴う製品の濃度の変化として定義され、1リットルあたり1秒あたりのモルの単位があります。

反応の順序

反応の順序は、反応物の濃度が反応速度に持つ力依存性を表します。全体的な反応順序は、各反応物の反応順序の合計です。反応順序は、平衡化学方程式の化学量論的要因とは関係がないことを覚えておくことが重要です。言い換えれば、化学量論は化学反応の反応順序を決定するために使用することはできません。反応次数は実験的に決定する必要があります

反応順序を決定するために、第2の反応物の濃度は一定に保たれ、第1の反応物の濃度は変化します。反応が起こるのにかかる時間は秒単位で測定されます。ただし、この時間は、反応が完成するまでにかかる時間には対応していません。むしろ、これは反応が始まるのにかかる時間です。次に、さまざまな反応物濃度の反応時間を比較して、順序を決定します。第2の反応物の順序を決定するために、第1の反応物の濃度が一定に保たれ、第2の反応物の濃度が変化するのと同じ一連の反応が行われます。

反応時間を比較することで、反応順序を決定できます。たとえば、反応物濃度が変化しても反応時間が一定のままである場合、反応物は 0 次です。これは、反応速度が反応速度係数kに等しく、M/sの単位を持つ必要があることを意味します。反応時間が濃度の変化に伴って直線的に変化する場合(つまり、濃度を2倍にすると反応時間が2倍になる場合)、反応物は一次です。これは、反応速度が反応速度係数と反応物の濃度の積に等しいことを意味します。この場合、k の単位は 1/s です。最後に、反応物の濃度が2倍になったときに反応時間が4の係数によって影響を受ける場合、反応物は2次です。これは、反応の速度が、速度定数に反応物濃度の2乗を掛けたものに等しくなり、二次関係を形成することを意味します。この場合、kの単位は1/M・sでなければなりません。

反応の全体的な順序は、個々の反応の順序の合計です。たとえば、反応がAに対して一次である場合、m = 1です。そして、反応がBに対してゼロ次である場合、n = 0です。m + n = 1であるため、反応の全体的な順序は1次です。

反応速度定数

速度定数kは、反応が実行される反応と温度に固有です。速度定数は、一連の実験から決定されます。測定された速度と初期反応物濃度を使用して、速度方程式を使用して速度定数を解きます。速度定数は温度に依存し、アレニウス方程式によって定義されます。この式は、k と活性化エネルギー_{E a}、温度 T、および理想気体定数 R との関係を表しています。定数Aは比例定数であり、反応物Aと混同しないでください。

参照

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012).化学および化学反応性。カリフォルニア州ベルモント:ブルックス/コール、Cengage Learning。
2. Silderberg, M.S. (2009).化学:物質と変化の分子的性質。マサチューセッツ州ボストン:マグロウヒル。