概念と仕組み
反応速度とは、生成される物質の量または反応に使われる物質の量の変化の速さを示すものです。反応物の濃度が減少すると、粒子が衝突し、反応する機会が変化します。
第一次反応モデルにおいて、消費速度は現在の濃度に比例します。一般に、温度が上昇すると、活性障壁を乗り越えることができる衝突の割合が増加し、それにより反応速度定数の増加につながります。
関係式と成立条件
第一級反応は、[A]=[A]₀e⁻ᵏᵗという式で表されます。また、相変化定数 k は、適切な温度範囲において、活性化エネルギー Ea と、理想気体の定数 R および温度 T を用いた Arrhenius の式 k=Aexp(−Ea/RT) で活性化エネルギーと関連付けられます。
平衡した式の係数から、反応の程度は常に読み取れる値ではありません。実際の反応速度則は、実験と反応機構を通して決定する必要があります。
仮想実験で読み取る変化
温度は速度定数kを変え、濃度は同じkで初期速度v₀=k[A]₀を変えます。
仮想一次不可逆反応です。周波数係数A=1.00×10⁷s⁻¹、Ea=50kJ/mol、R=8.314J/(mol・K)を書きます。一定体積・温度であり、逆反応・拡散・熱発生は省略します。粒子数・衝突回数は計算に使わないですよ。
重要な関係式と記号
k = A·exp(−Ea/RT) · [A] = [A]₀e⁻ᵏᵗ
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| k | 一次反応の速度定数 | s⁻¹ |
| Ea | 活性化エネルギー | J/mol |
| T | 絶対温度 | K |
例で確かめる
一次反応で初期濃度だけを2倍にすれば何が変わりますか？
v₀=k[A]₀です。同じ温度のkは一定で半減期はln2/kで濃度には無関係です。
よくある誤解
- 反応速度が温度が上昇すると増加するという事実は、そして最終的な平衡生成物の比率が変化するという事実は、それぞれ異なる問題です。