13.11
反応メカニズムと反応速度論の研究は、研究者が反応の速度を最適化するのに役立ちます。温度や濃度が上昇すると速度が加速しますが、増加しすぎると分解や副産物につながる可能性もあります。
あるいは、恒久的に変化したり消費されたりすることなく反応速度を加速する化学物質を反応混合物に添加することができる。これらの物質は触媒と呼ばれ、活性化エネルギーを変化させることで速度定数に影響を与えます。
活性化エネルギーが高いほど、反応速度が遅くなることを思い出してください。したがって、過酸化水素水の分解のような多くの化学反応はゆっくりと進行します。
触媒の添加は、反応物や生成物のエネルギー状態に影響を与えることなく、代替の反応メカニズムを提供することにより、活性化エネルギーを低下させます。
触媒には、均質触媒と不均一触媒の2種類があります。
反応物と同じ相には均質な触媒が存在します。たとえば、臭化ナトリウムは、過酸化水素水溶液に添加して、ガス状の酸素と水への分解を促進します。
まず、臭化物イオンは酸性媒体中で過酸化水素と反応して、臭素水と水のオレンジ溶液を形成します。次に、臭素水と過酸化水素が反応し、無色の溶液で示される臭化物イオンを放出します。触媒の特徴として、臭化物イオンは反応を加速しますが、消費されず、正味の平衡方程式には現れません。
不均一系触媒は、反応物とは異なる物理的状態で存在します。不均一系触媒作用は、吸着、拡散、反応、脱着の4つの基本的なステップによって特徴付けられます。
例えば、不飽和エテンガスからエタンへの水素化反応は、炭上にパラジウムを細かく分散させることで加速されます。ここでは、触媒は固体状態で存在し、反応物は気体の形で存在します。
この不均一系触媒作用の間、エテン分子と水素分子が触媒表面に吸着します。水素-水素結合が切断され、水素原子が触媒表面に拡散します。
拡散した水素原子が吸着したエテン分子に出会うと、それらは反応して飽和エタンを形成します。その後、生成物は脱着して金属表面から離れ、無傷の触媒が残ります。
触媒の存在は化学反応の速度に影響を与えます。触媒は、プロセス中に消費されることなく反応速度を上げることができる物質です。触媒の化学反応中における役割は、反応メカニズムとエネルギー図の概念から理解できます。

この図は、触媒の非存在下(赤い曲線)と存在下(青い曲線)で進行する吸熱化学プロセスの反応図を表…
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