反応速度の測定

反応速度は、反応物または生成物の濃度の変化を時間の関数として決定することによって調べることができます。

濃度変化は、偏光測定、分光法、圧力測定などの実験技術で測定できます。

偏光法は、電場が1つの平面のみに沿って配向された平面偏光を使用します。これは、存在する化合物の分子構造に依存する、化合物が偏光を回転させる能力を測定します。

グルコースとフルクトースを生成するスクロースの加水分解を考えてみましょう。偏光計は、反応するショ糖溶液を通過する平面偏光の回転度を測定するために使用されます。ショ糖は時計回りの回転を引き起こしますが、グルコースとフルクトースは反時計回りの回転を引き起こします。

設定された時間間隔で光の回転度を測定することにより、ショ糖、グルコース、またはフルクトースの相対濃度を計算し、反応速度を決定できます。

反応速度は、反応物または生成物が特定の波長の光を吸収する能力を利用して、分光光度法を使用して測定することもできます。対象物質の濃度が高いほど、その光吸収率はより強くなります。

例えば、無色の水素ガスは紫色のヨウ素蒸気と反応して無色のヨウ化水素を形成します。ヨウ素蒸気は黄緑色の領域の光を吸収し、紫色の光を反射します。

反応中、分光光度計はサンプルが吸収する光の量を測定し、透過した光を分析します。したがって、反応が進行するにつれて、黄緑色の光吸収率の低下により、ヨウ素蒸気濃度の低下が観察されます。

ランベルトビールの法則を使用すると、さまざまな時点で吸収される光の強度を計算し、濃度の変化に関連付けることができます。

あるいは、反応物または生成物の1つがガスである場合、圧力測定値を使用して、圧力変化を監視することにより反応速度を決定します。

例えば、過酸化水素分解の際には、放出される酸素ガスの圧力を監視するために、圧力計を用いて反応速度を調べます。反応が進行し、より多くの酸素ガスが発生すると、圧力が上昇します。

理想気体方程式を使用して、異なる時点で記録された圧力値が濃度に変換されます。時間の関数としての濃度の変化は、反応速度を決定するために使用されます。

長時間の反応の場合、サンプルまたはアリコートを反応混合物から一定の時間間隔で採取できます。次に、相対濃度は、ガスクロマトグラフィー、質量分析、滴定などの機器技術を使用して測定され、反応速度が計算されます。