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4月11日(火)
科学の水 「サイエンス・アクア」デジタルパーマセミナー及び発表会のお知らせ 
時間 13時~17時
場所 代々木・全理連ビル
協力 next innovation
講習費 6000円
講師 船橋直樹 渡邉信一

締め切りました。
アクアセミナー関西方面では、7月31日(月)に予定しております。 




サインエンス・アクア東京セミナー、多くのご参加ありがとうございました。
只今キャンセル待ちとなっております。
大阪でもよろしくお願いいたします。



今回は、化学反応速度についてです。

化学反応とは、反応物の結合が切れて新しく原子間に結合ができて、生成物が生じるもの。
化学反応では、生成物を作るとき結合を1回切らなければならないので、結合エネルギーの大きい分子などは、
化学反応が起こりにくいわけです。
また、新しい結合ができる際にも、分子の構造が混み合っていると立体的な障害により、生成物が生成しにくい。

したがって、化学反応というものは、一瞬で終わるわけではなく、反応物にエネルギーを与えて結合を切ったり
作ったりしなければならず、ある程度の時間がかかるわけです。

a.png

例えばA2B2が反応し、ABが生成するという化学反応は、

A2 + B2 → 2AB

そして[A2]の時間変化をグラフにすると、上の図のようになります。

反応速度をⅤとするならば、

Ⅴ=ⅤA2/1=ⅤB2/1=ⅤAB/2

という公式が成り立ちます。


そして化学反応を進行させるためには、化学結合を切るだけのエネルギーが必要になります。

例えば、以下の反応例についてです。
A2 + B2 → 2AB


この反応を進行させるために、まず反応物の粒子同士が衝突しなければならない。
かといって反応物同士が衝突したからといって、必ず反応するとは限らない。

多くの化学反応では反応が起こるためには、ある一定以上のエネルギーを加えて化学結合が切れやすい状態(活性化状態)にしなければならない。その加えるべく最小のエネルギーを、活性化エネルギーという。

活性化エネルギー以上の運動エネルギーを持たない粒子同士の衝突では、基本反応は進行しない。

a.png

ゆえに反応速度を変えるには反応物に活性化エネルギー以上のエネルギーを与えること。

反応速度Ⅴを変える要因にはいくつかあります。

①反応物の濃度を大きくする

化学反応を進行させるためには、反応物同士の衝突が必要不可欠。
このため、単位時間当たりに衝突する粒子の数が多いほど、反応速度は大きくなります。
また粒子が移動しやすい気体や溶液中の反応では、反応物の濃度を大きくすると反応物同士が衝突する確率が
大きくなるので、反応速度は大きくなる。
そしてまた固体が関係する反応では、固体を細かくすると反応速度は大きくなる。同質量では塊状より粉末状の方の表面積が大きくなるからです。
例えば球を半分に切断すると、切り口は2つになり表面積が増えるわけです。表面積が増えれば衝突回数も増える理屈です。


②温度を上げる
温度を上げると、高い運動エネルギーを持った分子の割合が増えるため反応物同士が衝突したときに、
持っている運動エネルギーが、活性化エネルギーを超える割合が増加するということ。
温度が高くなれば、反応速度は大きくなる。ただし比例という直線的増え方ではない。
多くの化学反応で、室温付近では、温度が10 ℃上がるごとに、反応速度はおよそ2倍になります。
Ⅴ×2=2Ⅴ
これは、マグ二チュード(地震エネルギー・Ⅿ)と同様の増え方です。
20℃上昇➡4倍 (2Ⅴ×2=4Ⅴ)
30℃上昇➡8倍 (4Ⅴ×2=8Ⅴ)

a.png

③触媒(酵素)を加える
触媒とは反応により自身は変化しないで反応速度を大きくする物質のこと。(カタリスト)
触媒は、反応物との間で反応中間体を作り、反応中間体から生成物ができるとともに、触媒が再生される。
触媒を加えると、反応の仕組みが変わって「活性化エネルギー」の小さい反応経路を通ることができる。
そして活性化エネルギー以上の運動エネルギーを持つ分子の割合が増加することになるわけ。

a.png

これらのことにより反応速度ⅤはA2+B2→2ABの反応において、Ⅴ=K[A2]α[B2]β

この式を反応速度式といい、Kを反応速度定数、αおよびβを反応の次数という。
この反応では、A2B211の割合で反応するため、反応次数はα=β=1になるわけね。
でも、これは必ずしも係数通りになるとは限らない。
理由は、実際の反応では、反応物の粒子が反応式の係数の数だけ同時に衝突して、一段階で反応するとは限らないから。
実際の反応機構は、いくつかの反応が組み合わさって進む場合があるわけです。
そのような場合は、反応速度が単純に反応物の濃度に比例するとは限らない。そして二段階で起こる反応でも、
反応速度は遅い反応段階(反応律速)に依存して1回で終わる場合があるわけですね。






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