化学・反応速度・平衡/原理と探求
触媒と活性化エネルギーの解説
触媒は、反応物を越えなければならない活性化エネルギー障壁がより低い経路を提供する。触媒経路と温度を変え、障壁を越える粒子の割合と反応速度を比較してみてください。反応が平衡に達する速さと平衡における組成は異なる問題である。
どのような原理？
障壁以上の粒子の分率が増加して反応が速くなります。同じ温度でKは変わりません。
重要な関係
k触媒/k無触媒 = exp[(50−Ea)×1000/RT]
観察してみよう
- 触媒の有無を選び、障壁と速度を比較します。無触媒Ea=50、ΔH=−20kJ/molです。二つの経路の始まり・終わりエネルギーは同じです。
- 25℃で触媒なしとEa 40 kJ / mol触媒経路を記録します。
- 触媒経路でEaまたは温度を1つずつ変えます。平衡定数は触媒の有無に変わりません。
結果を読み解く
同じ温度で、触媒が変えない量は？
触媒は正・逆反応の障壁を共に下げます。反応物・生成物エネルギーとΔHが同じでKは同じです。
モデルの仮定と限界
仮想エネルギー経路で、ΔH=−20 kJ/molです。同じ頻度係数A = 10⁷s⁻¹を仮定します。ボルツマンエネルギー分布をp(E)=exp(−E/RT)/(RT)の単一エネルギー自由度モデルに単純化しました。実際の3次元並進エネルギー分布・触媒表面・吸着・多段階反応は省略します。速度曲線は初期正反応A消費のみを扱い、平衡組成は計算しません。