反応速度と比速度定数

1つまたは複数の反応物が生成物に変換されるとき、異なる修飾やエネルギー的な変化を受けることがあります。反応物中の化学結合が切断され、新しい結合が形成され、結果として生成物は反応物とは全く異なるものになるのである。この化学修飾を化学反応という。反応を制御する変数がたくさんあるのです。主に熱力学と動力学を学ぶことで、反応とその制御方法について多くの結論を導き出すことができます。熱力学は、エネルギー変換の学問である。あくまでもエネルギーの平衡状態に関係するものである。どの程度のスピードで平衡に達するかについては、何も言うことはありません。この問題は、キネティクスの領域である。

反応速度

反応速度とは、簡単に言えば、反応の速さを表すものです。したがって、反応の速度と速度を決定するパラメーターと見なすことができる。もちろん、中には非常にゆっくりとした反応もあり、よほど長い時間観察しない限り、反応が起こっていることすら分からない。例えば、岩石の化学的風化作用は、何年もかけて行われる非常にゆっくりとした反応である。これに対して、カリウムのかけらと水との反応は非常に速いため、多くの熱が発生し、激しい反応とみなされる。

反応物A、Bが生成物C、Dになる次の反応を考える。

a a+b b→c c+d d

反応速度は、2つの反応物または生成物のどちらか一方から与えることができる。

レート = -(1/a)d[a]/dt = -(1/b)d[b]/dt = -(1/c)d[c]/dt = -(1/d)d[d]/dt

a、b、c、d は反応物、生成物の化学量論係数です。反応物については、反応の進行に伴い生成物が消費されるため、速度式は負の符号で書かれる。しかし、製品が増えるにつれて、正の符号を得るようになる。

化学反応速度論は、反応速度を研究する学問であり、反応速度に影響を与える要因は数多くある。これらの要因には、反応物の濃度、触媒、温度、溶媒の影響、pH、そして時には生成物の濃度が含まれます。これらの要因は、最大の反応速度を得るために最適化することができ、また、所望の反応速度を制御するために調整することができる。

比速度定数

上記の反応において、反応物Aに関する速度式を書くと、以下のようになる。

R = -K[A]A[B]B

この反応において、kは速度定数である。各反応物の濃度を単位とするとき、これを比速度定数、すなわち1モル/dm3と呼ぶ。これは比例定数であり、温度に依存する。実験の結果、反応速度と比速度定数の両方が得られることがわかった。