概念と仕組み
活性化エネルギーは、反応経路におけるエネルギー障壁に関連しています。触媒は、より低い障壁を持つ経路を提供することができます。
触媒は反応の段階に参加しますが、全体的な反応の中で再生されます。したがって、「触媒は何も反応しない」という記述は正確ではありません。
関係式と成立条件
アレンヒヒンスのモデルにおいて、他の条件が一定の場合、活性化エネルギーが減少すると、k値は増加します。エネルギー図において、反応物と生成物の差、および障壁の高さは、それぞれ読み取られます。
触媒は、反応が平衡に達するまでの時間を変化させ、前進反応と逆反応の両方を迅速に進める。しかし、実際の触媒は、汚染を受けること、不活性化されること、または条件によって効果が異なることを示す可能性がある。
仮想実験で読み取る変化
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。
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。
重要な関係式と記号
k触媒/k無触媒 = exp[(50−Ea)×1000/RT]
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| Ea | 活性化エネルギー | J/mol |
| k | 速度定数 | 反応次数に応じた単位 |
例で確かめる
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。
よくある誤解
- 触媒は、反応エンタルピーや平衡定数を変化させることで、必ずしも平衡時の生成物の量を増加させるわけではありません。