温度依存性

反応が進行する速度の尺度は、反応速度と呼ばれます。化学反応の速度は、反応の速度と反応物濃度との関係を表す速度の法則によって定義されます。この式では、k は速度定数、A と B は 2 つの反応物、m と n はそれぞれの反応順序です。

レート定数は、関係をレートの適切な単位 (モル/リットル/秒) に変換します。したがって、速度定数は、反応の全体的な順序に応じて、異なる単位を持ちます。ただし、レート定数は、単なる単位変換よりも重要です。速度定数は、化学反応が発生するために必要な最小エネルギー量、つまり活性化エネルギーに関連しています。

反応では、反応物は位置エネルギーの初期状態にあります。反応が進行するにつれて、最終状態に達する前に、特定の位置エネルギー、つまり活性化エネルギーを克服する必要があります。反応の正味エネルギーは、初期状態と最終状態の差です。この違いは、反応がエネルギーを放出することを意味する負のものと、エネルギーを吸収することを意味する正の場合があります。

活性化エネルギーを克服するのに十分なエネルギーがない場合、反応は進行しません。場合によっては、エネルギーを熱の形で供給することができます。これにより、活性化の障壁を克服するための追加のエネルギーが提供され、反応を進めることができます。触媒を添加することもでき、これにより、反応物と生成物との間に代替の低活性化エネルギー経路が提供されます。

触媒は反応で消費されないため、反応の正味エネルギーに影響を与えません。活性化エネルギーは実験的に決定され、Aが前指数関数的または周波数係数、Rが普遍的な気体定数、Tが反応が発生する絶対温度であるアレニウス方程式によって反応定数kに関連しています。

この式から、反応温度を上げるか、活性化エネルギーを減らすと、速度定数が増加することがわかります。速度の法則の方程式に戻ると、速度定数が高いほど反応速度が高くなります。温度が上昇すると、分子はより速く移動し、より頻繁に衝突するため、活性化エネルギーよりも高いエネルギーを持つ分子の割合が増加するため、これは理にかなっています。

本研究室では、過酸化水素の分解をモデル反応として、反応の活性化エネルギーを実験的に測定する方法を学びます。