Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
ソース: 博士ニール エイブラムスの研究室-環境科学および林業のニューヨーク州立大学
すべての化学反応は、反応しようとして製品の進行状況の定義特定率を持っています。この率は、温度、濃度、反応の物理プロパティによって影響があります。料金は、中間体や遷移状態が形成されるが、反応も製品にも含まれます。率法は反応の各反応の役割を定義し、続行する反応に必要な時間を数学的にモデル化するために使用できます。レート方程式の一般的な形は以下のとおりです。
AとBが異なる分子種、 mとnの濃度を反応注文、 kは速度定数。ほぼすべての反応の速度は反応物質が枯渇している、有効な衝突が発生する可能性が低くを作るよう経年変化します。ただし、速度定数は、特定の温度における単一の反作用のため固定されています。反応次数は、反応に関与する分子種の数を示しています。率法、実験的に決定することができますのみ速度定数と反応順序などを知ることが非常に重要です。この実験では、探索率の法律を決定する 1 つの方法、化学反応の進行状況を理解するために使用します。
1. 準備 H2O2希釈
表 1。H2O2ソリューションを使用します。
2. 反応容器の準備
3. 酸素の放出の測定
4. データ解析
。線形方程式を生成する式の自然対数 (ln) を取って
、 m斜面は反作用の順序。すべての化学反応は、製品への反応の早変わりを定義する特定の率を持っています。
化学反応は、2 つの要因によって支配される: 速度論と熱力学。熱力学的要因アカウントかどうか反応が発生し、それを吸収するまたは処理中にエネルギーを放ちます。
反応は化学反応のシステムが平衡に達するとどのように高速レートを指します。反応の速度は、反応速度定数、成分、濃度および反作用の順序に基づいてレートを定義するキネティック レート法によって記述されます。
このビデオは、レート法方程式を用いた反応速度論を紹介し、実験室である特定の反作用の率の法律を決定する方法を示します。
一般的な反応の反応速度に等しい濃度、反応時間、速度定数、反応次数にそれぞれ引き上げ。速度定数、k は固定特定の温度で反応。
反応の注文は、化学量論的な係数の独立しています。代わりに彼らは反応機構に依存している、反応体の集中率がどのように関連しているかを示します。たとえば、反応速度が変更されて場合とき」、「ダブルスでは、反応の濃度は濃度に依存しないし、順序はゼロ。
反応"A"の濃度が倍増するとき速度が 2 倍になる場合、反応は最初順序 A同じ動作反応"B"です。反応の全体の順序は、各反応の個々 の反応の注文の合計です。
、反作用の間に反応物の濃度は時間とともに変化します。注意: 方程式を基本に評価変数としての時間は含まれません、率および特定の時点で濃度だけ関連付けることができます。ただし、レートの変更反応が進むし、反応が枯渇しています。差分率法を用いた時間濃度の変化を関連付けることができます。
反応速度法を実験的に決定する必要があります化学反応が一定に慎重に制御されている反応や製品の濃度と温度、測定した特定の時間間隔で。離散時間で濃度測定を行うので、微分法は実験データと関連付けるにくいです。
単純な方程式の差分率法結果を統合すると、統合率法と呼ばれます。統合率法は、反応の開始と指定された時の反応物濃度を比較します。
統合率法方程式は、反応の順序によって異なります。これらの方程式は線形形式 y を取ることができる = mx+b と。したがって、濃度対時間のプロット利回りゼロの順序の方程式の線形プロット、濃度対時間の自然対数のプロット 1 次方程式の線形プロットが得られます。これらの方程式の実験データを当てはめによる反応の順序を容易に決定できます。速度定数、k、決定されると、直線の傾きを使用しています。最後に、k の単位は反作用の順序によって異なります。ゼロの順序の反作用のため単位がモル リットル毎秒、最初順序反作用のため単位逆秒、第 2 順序の反作用の単位モル毎秒リットル。
今運動率の法律の基礎が説明されていることができます実験的過酸化水素水と酸素への分解の率の法律を決定する方法を見てみましょう。
この実験では、プラチナ触媒を用いる過酸化水素の触媒分解が検討されます。
表に示すように、まず、過酸化水素の 5 希釈液を準備します。この場合、0.882-0.176 M の濃度範囲は、3% または 0.882 M 原液を使用します。部屋の温度平衡にソリューションを許可します。
次に、試験管を使用して反作用の容器を準備します。まず上部に大型試験管を充填水によるボリュームを決定します。タイトだし、上部に穴から水が押し出されるまで、1 穴ゴム栓を挿入します。
ストッパーを削除し、正確な量を測定するメスシリンダーに水を注ぐ。これは、反応容器の量です。
次に、テスト チューブに最初過酸化水素溶液 50 mL を入れて、25 ° C の水浴中チューブを置きます。平衡、一度プラチナ コーティング反応ディスクを追加し、ガス圧センサーに接続されているストッパー付きシステムをシールします。
製品の 1 つは酸素ガスなので、システムの圧力の増加、酸素の増加を測定する使用されます。S、あたり 2 ポイントでデータを集録する圧力センサーの設定、過酸化水素を酸素と水に分解、120 s. 泡の実験を表示するかを実行します。
反応期間が終わったら、圧力を解放および過酸化水素の溶液の廃棄します。チューブをリンスし、次の過酸化水素で管を埋めます。すべてのソリューションに対してガス圧力測定を繰り返します。
各ソリューションの時データ対圧力をプロットします。進化した酸素の圧力は理想気体法律に従って形成される酸素のモルに直接比例します。次の化学反応形成酸素のモルは分解の過酸化水素のモルの計算に使用できます。まず、過酸化水素の濃度が、実験の短い期間中に大幅変更だったことと仮定します。したがって、プロットされたデータは、反応速度論の実験の初期領域だけを表します。
線形回帰を使用して各データ セットの傾きを決定します。勾配は、1 秒あたりの酸素の圧力の単位で初期の反応速度と同じです。
次に、最初の反応速度対の自然対数の初期の過酸化水素濃度の自然対数をプロットします。斜面が反応次数と等しい m、約 1 つに相当します。したがって、反応は最初の注文であります。
各試験の速度は、1 秒あたり Torr の圧力の単位です。速度定数を決定するには、まず速度を 1 秒あたりの気圧の単位に変換します。泡は、水溶液中で進化して、各システムの圧力からの水の蒸気圧を差し引きます。新しい率は、酸素の放出のための圧力をのみ反映します。
各試行の s あたりのモルに自体雰囲気からレートを変換する理想気体法律を適用します。2 回発生する酸素のモルは化学反応の化学量論によると、分解の過酸化水素のほくろと同じです。その後、速度の単位をモル毎秒に変換するのに反応ボリュームを使用します。
初期濃度モル s あたりの率で割って各試験のための速度定数を決定します。この実験で、平均速度定数、k は約 1.48 秒あたり 10-4 x。反応が自然対数 - から知られている最初の注文前に示した自然対数プロット。したがって、レート法は示すように記述できます。
今では、化学反応の率の法律を決定する方法を見ては、この概念が適用されるいくつかのエリアを見てみましょう。
化学反応、化合物および科学的アプリケーションの広い範囲で使用される材料の合成に使用されます。反応の進行状況を制御するためにこれらの合成のステップで反応速度を理解することが重要です。
たとえば、カドミウムのセレン化物ナノ結晶とナノロッドの合成は、一連の化学反応を処理します。独自の離散反応であり、したがって合成手順は注意深くコントロールされて、反応の知識の速度に基づいて各反応いくつかゆっくりといくつかの非常に速い。
反応率法は、放射性崩壊を記述するためにも使用でき、放射性物質の半減期を決定します。半減期は、初期濃度の半分に該当する物質の濃度に必要な時間の量を指します。
放射能は、における反応次数は最初、意味、安全な崩壊への放射性物質の時間レベル特徴付けることができる非常によく、放射性物質及び放射性廃棄物の適切な輸送・保管を有効にするに従います。
放射性物質と同様に、薬も半減期があるし、体が低下します。たとえば、いくつかの薬には、高速度定数、彼らがすぐに低下して、頻繁に取得する必要がありますを意味があります。この低下率の知識は、適切な投与量、使用法および配信法の定量を可能.
反応速度のゼウスの概要を見てきただけ。今化学反応の順序が異なって、化学反応速度にどのように関係し、研究室では、特定の化学反応の率の法律を決定する方法を理解する必要があります。
見てくれてありがとう!
すべての化学反応には特定の速度があり、それによって反応物が生成物に変わる速度が定義されます。
化学反応は、速度論と熱力学の2つの要素によって支配されています。熱力学的要因は、反応が起こるかどうか、およびプロセス中にエネルギーを吸収または放出するかどうかを説明します。
動力学とは、化学反応の速度と、システムが平衡に達する速度を指します。反応の速度論は、反応速度定数、成分の濃度、および反応の順序に基づいて速度を定義する速度法則によって記述されます。
このビデオでは、速度則方程式を使用した反応速度論を紹介し、実験室で特定の反応の速度則を決定する方法を示します。
一般的な反応の場合、反応速度は、反応物の濃度を一定に掛けたものに等しく、それぞれが反応順序に引き上げられます。速度定数kは、特定の温度での反応に対して固定されています。
反応次数は、化学量論的係数とは無関係です。代わりに、それらは反応メカニズムに依存しており、速度が反応物の濃度にどのように関連しているかを示しています。例えば、「A」の濃度が2倍になっても反応速度が変わらない場合、反応は濃度に依存せず、次数はゼロになります。
反応物「A」の濃度が2倍になると速度が2倍になると、反応は「A」に対して1次になります。同じ動作が反応物「B」にも当てはまります。反応の全体的な順序は、各反応物の個々の反応順序の合計です。
反応中、反応物の濃度は時間とともに変化します。基本速度方程式には変数として時間が含まれておらず、特定の時点の速度と濃度のみを関連付けることができることに注意してください。ただし、反応が進行し、反応物が枯渇すると、速度は変化します。微分率の法則を使用すると、濃度の変化を時間に関連付けることができます。
反応の速度法則は実験的に決定する必要があり、化学反応は一定の温度で慎重に制御され、反応物または生成物の濃度は特定の時間間隔で測定されます。濃度測定は離散的な時点で行われるため、微分率法則を実験データと相関させることは困難です。
微分レート法則を積分すると、積分レート法と呼ばれる単純な方程式が得られます。積分率法則は、反応の開始時と指定された時間における反応物濃度を比較します。
積分率の法則式は、反応の順序によって異なります。これらの方程式は、y=mx+b という線形形式をとることができます。したがって、濃度と時間のプロットはゼロ次方程式の線形プロットを生成し、濃度と時間の自然対数のプロットは1次方程式の線形プロットを生成します。これらの方程式に実験データを当てはめることで、反応の順序を簡単に決定できます。レート定数 k は、線の傾きを使用して決定できます。最後に、kの単位は反応の順序によって異なります。ゼロ次反応の場合、単位はモル/リットル/秒、1次反応の場合、単位は逆秒、2次反応の場合、単位はリットル/モル/秒です。
運動速度法則の基本が説明したところで、過酸化水素が水と酸素に分解する速度則を実験的に決定する方法を見てみましょう。
この実験では、白金触媒上での過酸化水素の触媒分解について検討します。
まず、表に示すように、5希釈の過酸化水素を調製します。この場合、濃度は0.882 ?0.176 M、3%または0.882 Mストック溶液を使用。溶液を室温まで平衡化させます。
次に、試験管を使用して反応容器を準備します。まず、大きな試験管の上部に水を入れて容量を決定します。次に、1穴のゴム栓をしっかりと挿入し、穴の上部から水が押し出されるまで挿入します。
ストッパーを取り外し、メスシリンダーに水を注ぎ、正確な体積を測定します。これが反応容器の体積です。
次に、最初の過酸化水素溶液50mLを試験管に注ぎ、次にチューブを25??Cウォーターバス。平衡化したら、白金コーティングされた反応ディスクを追加し、ガス圧力センサーに接続されたストッパーでシステムをシールします。
製品の1つが酸素ガスであるため、システム内の圧力の増加は酸素の増加を測定するために使用されます。1秒あたり2ポイントでデータを集録するように圧力センサーを設定し、実験を120秒間実行します。過酸化物が酸素、ガス、水に分解すると、気泡が見えるはずです。
反応期間が終了したら、圧力を解放し、過酸化物溶液を廃棄します。チューブをすすぎ、次に過酸化水素溶液をチューブに充填します。すべての溶液についてガス圧測定を繰り返します。
各解の圧力対時間データをプロットします。発生した酸素の圧力は、理想気体の法則に従って形成された酸素のモルに正比例します。化学反応に続いて、形成された酸素のモルを使用して、分解された過酸化水素のモルを計算できます。まず、過酸化水素の濃度が短い実験時間の間に大きく変化しなかったと仮定します。したがって、プロットされたデータは、動力学実験の初期領域のみを表します。
線形回帰を使用して、各データセットの傾きを決定します。傾きは、酸素の圧力/秒の単位での初期反応速度に等しくなります。
次に、初期反応速度の自然対数と初期過酸化物濃度の自然対数のプロットを行います。傾きは反応次数 m に等しく、ほぼ 1 に等しくなります。したがって、反応は一次的です。
各試行の速度は、Torr(毎秒)の圧力単位です。レート定数を決定するには、まずレートを毎秒の気圧の単位に変換します。気泡は水溶液中で発生したため、各試行のシステム圧力から水の蒸気圧を差し引きます。新しいレートは、酸素の進化による圧力のみを反映しています。
理想気体の法則を適用して、各試行のレートを大気自体からモル/秒に変換します。化学反応の化学量論によれば、生成される酸素のモルは分解された過酸化水素のモルに等しい。次に、反応量を使用して、速度の単位を毎秒のモル濃度に変換します。
各試行の速度定数を決定するには、モル濃度 (s) の割合を初期濃度で割ります。この実験では、平均速度定数 k は約 1.48 x 10-4 μs です。反応は 1 次であり、前に示した自然対数 -?natural 対数プロットからわかります。したがって、レートの法則は図のように書くことができます。
化学反応の速度則を決定する方法を見てきたので、この概念が適用されるいくつかの領域を見てみましょう。
化学反応は、幅広い科学用途で使用される化合物や材料の合成に利用されています。これらの合成ステップにおける反応速度を理解することは、反応の進行を制御するために重要です。
例えば、セレン化カドミウムナノ結晶やナノロッドの合成は、一連の化学反応を経て進行します。各反応には独自の離散反応速度があるため、合成ステップは反応の知識速度に基づいて慎重に制御されます。遅いものもあれば、非常に速いものもあります。
反応速度の法則は、放射性崩壊を説明し、放射性物質の半減期を決定するためにも使用できます。半減期とは、材料の濃度が初期濃度の半分に低下するために必要な時間を指します。
放射能は一次速度論に従うため、放射性物質が安全なレベルまで崩壊するのに必要な時間は非常によく特徴付けられ、放射性物質と放射性廃棄物の適切な輸送と保管が可能になります。
放射性物質と同様に、薬物も半減期があり、体内で分解されます。例えば、一部の薬物は速度定数が高いため、急速に劣化し、頻繁に服用する必要があります。この劣化率を知ることで、適切な投与量、使用法、および投与方法を決定することができます。
JoVEの反応率の紹介をご覧になりました。これで、化学反応のさまざまな順序、それらが化学反応速度とどのように関連しているか、および実験室での特定の化学反応の速度法則を決定する方法を理解できました。
ご覧いただきありがとうございます!
General Chemistry
701.0K 閲覧数
General Chemistry
289.3K 閲覧数
General Chemistry
590.7K 閲覧数
General Chemistry
389.0K 閲覧数
General Chemistry
190.8K 閲覧数
General Chemistry
149.7K 閲覧数
General Chemistry
358.6K 閲覧数
General Chemistry
444.9K 閲覧数
General Chemistry
85.6K 閲覧数
General Chemistry
165.8K 閲覧数
General Chemistry
272.3K 閲覧数
General Chemistry
165.2K 閲覧数
General Chemistry
46.9K 閲覧数
General Chemistry
95.9K 閲覧数
