速度定数とは?
特定の温度での化学反応の速度を反応物質の濃度 (単分子反応の場合) または反応物質の濃度の積に関連付ける定数は、速度定数と呼ばれます。速度法則式の比例定数は、反応の速度定数として知られています。
方程式の一般的な式を考えてみましょう:
Aa+bB → cC+dD
ここで、a、b、c、d は、対応する反応物と生成物の化学量論係数です。化学反応速度論の研究に従って、反応の速度式を次のように書くことができます。
[ A ]x[B]y に比例するレート
ここで、x と y は対応する定数であり、負と 0 の両方の可能性がある実数値を想定しています。
比例記号を削除するには、定数 k を追加する必要があることがわかっています。この方程式は次のようになります。
レート=k* [ A ]x[B]y
この k は、化学反応速度論の言葉で速度定数として知られています。速度定数の値とその単位は、反応の種類によって異なります。
注:式はその反応に対してのみ導出されますが、これは一般的に有効です。
速度定数の主な特徴:
➢ これは反応速度の尺度であり、k の値が大きいほど反応速度が大きくなり、その逆も同様です。
➢ k の値は反応の種類によって異なります。
➢ 反応温度が一定であれば、反応が同じメカニズムで起こることを考えると、k の値も同じままです。これは、温度が化学反応性に大きな影響を与えることを示しています。
➢ 速度定数は、特定の反応の濃度に依存しません。
さまざまな種類の速度定数とその単位:
ゼロ次反応:
典型的なゼロ次反応を考えてみましょう:
A → B（ここで、A は反応物、B は反応の生成物）
時間 t で消費された反応物の濃度を x とします。
率 =−dA/dt=k[A]0
d[A]=-k*dt
両サイドの反応を統合すると、次のようになります。
[A]=-k*t+C
t=0 と [A]=[A]0 を方程式に入れる:
[A]0=C
統合された方程式に値をさらに代入すると、
[A]=-K*t+[A]0
K=1/t{[A]-[A]0}
これは、ゼロ次反応の速度定数の必要な式です。
k の単位:式から、次のように書くことができます:
K=モル濃度/所要時間
K=mol L-1/服用時間
K=mol L-1 t-1
一次反応:
一次反応を考えてみましょう:
A → B (ここで、A は反応物であり、B は反応の生成物です)
t=0 で、 a 0
t=t で、 (a-x) x
x を時間 t で消費された反応物の濃度とします。 a は初期濃度です。
この方程式を並べ替えて変数を結合し、両辺を統合して統合率の法則を得ることができます。
dx/dt=k(a-x)
今度は両方を統合します:
dx/(a-x)=k*dt
-ln(a-x) =k*t+c
ここで c は何らかの積分定数です。
上記の式に値 t=0 と x=0 を代入すると、次のようになります。
C=-ln(a)
c の値を統合レート方程式に入れると、次のようになります。
ln(a/(a-x)) =kt
つまり、k=2.303/t * log(a/(a-x))
これは、必要な一次反応の積分方程式です。
速度定数の単位:
反応から、ここでの速度定数は濃度に依存しないことがわかります。代わりに、時間のみに依存します (反比例)。したがって、k の単位は s-1 です。
二次反応:
典型的な二次反応を考えてみましょう:
2A → B（ここで A は反応物、B は反応の生成物）
t=0 で、 a 0
t=t で (a-x) x
x を時間 t で消費された反応物の濃度とします。 a は初期濃度です。
rate=−d[A]/dt=k[A]2
両側を統合すると、次のようになります。
1/(a-x) =k*t+c
ここで、c は何らかの積分定数です。
ここで、値 t=0 と x=0 を与えられた反応に入れます:
C=1/a
統合レート式に値を代入すると、次のようになります。
1/(a-x) =kt+1/a
K*t=1/(a-x)-1/a
k=1/t*x/a(a-x)
これは、反応に必要な速度定数の式です。
単位:式から次のことがわかります:
k の単位 =1/撮影時間 * 濃度
kの単位=1/t*mol・L-1
k=mol -1 L t-1の単位
速度定数の単位を見つけるための一般的な方法/代替方法:
任意の n 次反応を考えてみましょう。
n*A → B（ここで、A は反応物、B は反応生成物）
これで、rate=k[A]n
と書くことができますK=レート/[A]n
したがって、定率 k の次元は次のように記述できます。
K=反応物の濃度/かかる時間
K=[濃度]1-n[時間]-1
ここで、n は反応の次数です。
対応する測定値の SI 単位を取得すると、次のようになります。
K=[mol L-1]1-n [s]-1
n=0、1、2 などの値を入れると、対応する反応の速度定数の単位を簡単に見つけることができます。
結論:
速度定数は、化学反応速度と反応物質の濃度との関係を表します。その値は、反応の性質によって異なります。さらに、温度は定率値において重要な役割を果たします。化学反応の速度の計算は、特定の化学反応が実行可能かどうかを判断するために非常に重要です。
