理論化学

反応速度式について

投稿日:10月 9, 2020 更新日:

反応速度式は化学反応と実験データから導くことができるにゃ!

・反応速度の定義式とは?

速度は単位時間あたりの変化量と定義されています。反応速度の式は以下のようになります。

反応が起こった時間およびその前後の物質量がわかるときはこの式にあてはめれば反応速度を求めることができる。具体的に考えていきましょう。例として過酸化水素(H2O2)で考えていこう。

2H2O2→2H2O+O2

まずこの式は過酸化水素が減って酸素が増えるという反応がおこっていています。ここで同じ1molの過酸化水素が1Lあたり反応するのと100L反応するのでは反応速度がちがってくるイメージがわくとおもいます。なので反応速度を導くときは変化量は一般に濃度をとってもとめます。(化学の場合はモル濃度)。よって下の式になります。

過酸化水素の反応データから実際に反応速度をもとめていきましょう。以下のグラフからもとめます。

反応速度は絶対に正の値を示すことが条件ですが上のようにマイナスの値を示すことがあります。過酸化水素の濃度の変化量を考えると速さの値が負の値になりますがそこはマイナスをつけることで補正可能です。

 温度が高くなると反応速度は大きくなります。発熱は反応でも吸熱反応でも一緒です。

一般に反応温度が10度あがることに反応速度はおよそ2~3倍になるにゃ。

また。温度があがると気体分子のエネルギー分布は全体的にエネルギーのおおきいほうへ移動する。温度があがると反応に必要なエネルギーをもった分子の数が増加するので反応速度が大きくなります。

・反応速度式とはv=k[A]a?

 反応速度式はいくつもの反応速度を決定する要素を一つの式にまとめたものです。よって反応速度を決める因子を2つあるのでしっかり学んでいきましょう。

1つめは反応が起こるきっかけを考えていきましょう。例えば水素分子とヨウ素分子からヨウ化水素が生成する反応を考えます。下の図に一緒の容器にいれたときの様子を示します。このように水素分子とヨウ素分子は自由に動きまわり衝突します。つまり反応がおこるきっかけは衝突することになります。

上の図をよくみると水素分子とヨウ素分子が衝突すると反応の前後でペア関係が変わっていることがわかる。よって分子の結合が切るとあらたに結合が生成していることがわかる。

2つ目は反応が起こる際は反応物同士が衝突することで古い結合の切断がおこりほぼ連続して当たらし結合が生成するには反応する物質同士がエネルギーの高い状態を経て反応します。このとき反応するための必要なエネルギーを活性化エネルギーといいます。

では反応速度を速めるにはどうすればよいのか考えていきましょう。結論からいいうとモル濃度が高い、温度が高いほうが反応は進みやすくなります。モル濃度が高いと反応が進みやすくなる理由は濃度が高いほど粒子同士が衝突しやすくなるからです。温度が高いほど反応が進みやすく成る理由は温度が高い方が活性化エネルギーに達しやすくなるからです。

実は反応が進みやすくするには触媒とよばれるものを使うと良いです。この触媒を使うと活性化エネルギーが小さくなり反応に必要なエネルギーが小さくなるので反応速度がおおきくなります。

ではここまでやってきたことを踏まえて反応速度はモル濃度、温度、活性化エネルギーによって決定されることがわかりました。これをもとに反応速度式があります。

・まとめ

  • 反応速度は反応物質のモル濃度、温度、活性化エネルギーによってきまる。
  • 活性化エネルギーは触媒を加えることで小さくなり、反応がすすみやすくなる。
  • A+B→Cの反応において(定義式)v=ー([A]2-[A]1)÷t2ーt1=ーΔ[A]÷Δt
  • A+B→Cの反応において(反応速度式) v=k×[A]x×[B]y

・演習問題

問題1 ()に入る言葉を答えよ。

一般に反応物の濃度が大きいほど反応速度は(1)なる。気体の反応では反応物の濃度とその(2)は比例する。したがって(2)が大きいほど一般に反応速度は(3)は大きくなる。

化学反応では高いエネルギーをもった分子同士が衝突し、ある一定のエネルギーの高い状態が形成される。加熱すると分子の熱運動が激しくなり、高いエネルギーをもつ分子の数が増加するため分子間の衝突により(4)状態になる分子の数が増え結果として化学反応が速く進行する。

今まで習った知識の総復習にゃ!

答え(1)大きくまたは速く(2)圧力または分圧(3)大きくまたは速さ(4)活性化

-理論化学

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