13.3: 濃度と反応速度の関係性

反応速度は、反応物の濃度に影響されます。速度則（微分速度則）または速度式は、化学反応の速度とその反応物の濃度との関係を表す数式です。

例えば、一般的な反応ではaA + bB ⟶となります。aとbが化学量論係数である場合、反応速度式は次のように記述できます。

[A]と[B]は反応物のモル濃度を表します。またkは速度定数であり、特定の温度での特定の反応に固有のものです。

指数mとnは反応次数であり、通常は正の整数ですが、分数、負、またはゼロの値をとる場合もあります。

速度定数kと反応次数mおよびnは、濃度に応じて反応速度がどのように変化するかを観察することによって実験的に決定されます。速度定数kは反応物の濃度に依存しませんが、上述の通り、温度によって異なります。

反応速度式の反応次数は、反応物濃度に対する反応速度の数的依存性を表します。次のような一般的な反応速度式について（rate = k [A] ^m [B] ⁿ）、反応はAに関してはmの反応次数を持ち、Bに関してはnの反応次数を持ちます。例えば、m = 1かつn = 2の場合、反応はAで1次、Bで2次です。全体的な反応次数は、単に各反応物の次数の合計です。ここでの反応速度式の例では、反応は全体で3次である（1 + 2 = 3）。

反応速度式を決定するための一般的な実験的アプローチは、初期反応を用いた方法です。この方法では、さまざまな初期反応物濃度からなる複数の実験における反応速度を測定します。これらの実験で測定された速度を比較することで、反応次数を決定し、続いて速度定数を決定することができます。これらを組み合わせることで、反応速度式を決定できます。

反応速度式は、一部の反応物について分数の次数を示す場合もあれば、1つの反応物の濃度増加が反応速度低下を引き起こす場合には負の反応次数が観察されることもあります。反応速度式は実験によってのみ決定され、反応式の化学量論によって予測できるわけではないことに注意する必要があります。

反応次数によって、反応速度と反応物または生成物の濃度との関係が決まります。

• ゼロ次反応では、反応物の濃度は反応速度に影響を与えず、反応全体にわたって一定に保たれます。
• 一次反応では、反応速度は反応物濃度の変化に正比例します。反応物の濃度が低下すると、反応速度も比例して低下します。
•  2次以上の反応では、反応速度は反応物の指数値に比例します。したがって、反応が進行して反応物の濃度が低下すると、反応速度は指数関数的に低下します。

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 12.3: Rate Laws.