化学は変化がすべてです。化学反応によって物質が別の物質に変換される速さはどれくらいですか?また、その反応は実現可能かどうか?その反応がどの程度進行するかは、化学反応の進路を決定するすべての問題です。実現可能性と程度とは別に、反応速度や速度を決定する要因など、他の要因も化学反応にとって重要です。たとえば、自動車エンジンで燃料が燃焼する速度を制御するものは何ですか?食品が腐敗する速度を決定するパラメータはどれですか?
このモジュールでは、反応の半減期を認識し、ゼロおよび一次反応の速度方程式を理解する方法を学びます。
反応の半減期の定義は?
簡単な言葉での反応の半減期の定義は、次のように表すことができます
「反応の半分が完了するまでにかかる時間、つまり、反応物濃度が元の値の半分に減少する時間は、反応の半減期と呼ばれます。」
化学と医学では、反応の半減期を使用して、時間の経過に伴う化学物質の濃度を予測します。半減期は、化学物質が時間の経過とともに吸収または排除された後、ターゲット内でどれだけ速く減少するかを計算します。この記号は、半減期が t₁/₂ であることを示しています。反応の半減期という用語は、核物理学では非常に慢性的です。これは、放射性物質の衝突によって原子が崩壊する速さを決定します。
半減期式とは?
半減期の値は注文ごとに異なることを覚えておく必要があります。半減期の式は反応ごとに変わるため、その単位も変わります。異なる次数反応の半減期式とその単位を以下に示します:
1.ゼロ次反応の半減期式と単位:
- ゼロ次反応の計算に使用される半減期の式は、t₁/₂ =[A]₀/2k です。
- ゼロ次反応の半減期式の単位は「秒」です。
2.一次反応の半減期式と単位:
- 一次反応の計算に使用される半減期の式は、t₁/₂ =0.693/k です。
- 一次反応の半減期式の単位も「二次」です。
3. n 次反応の半減期式と単位:
- n 次反応の計算に使用される半減期の公式は、t₁/₂ ∝ 1/[A]₀ⁿ⁻¹ です。
- n 次反応の半減期式の単位も「M(n-1)s」です。ここで、「n」は反応の次数です。
ゼロ次反応の半減期方程式の導出
ゼロ次反応の場合、半減期 (t₁/₂) は物質の半分が反応したときです。
[A] =[A]₀/2 の場合、t =t₁/₂.
ゼロ次反応の速度方程式、k ={[A]₀ – [A]}/t
[A] と t の値を代入して、
k ={[A]₀ – [A]₀/2}/t₁/₂
⇒ t₁/₂ =[A]₀/2k
したがって、ゼロ次反応の半減期式は、初期濃度、つまり t₁/₂ ∝ [A]₀ に直接等しくなります。
t₁/₂ 対 [A]₀ のグラフをプロットすると、原点と勾配 =1/2k を通る直線になります。
k =mol L⁻¹ 時間⁻¹ の単位。
したがって、t₁/₂ =時間の単位です。
ゼロ次反応の半減期の解決例
例: 固体結晶の表面でのガスの分解中のガスの初期圧力は 5.00 x 103 Pa です。このゼロ次反応の速度定数が 8 Pa s⁻¹ である場合、この反応の半減期を計算します。 .
答え: ゼロ次反応の場合、
t₁/₂ =[A]₀/2k
ここで、[A]₀ =5.00 x 10³ Pa および k =8 Pa s⁻¹
⇒ t₁/₂ =5.00 x 10³ Pa/ 8 Pa s⁻¹
⇒ t₁/₂ =312.5 秒
一次反応の半減期方程式の導出
一次反応の場合、半減期は、反応の任意の部分が初期濃度から完全に独立するのにかかる時間です。
[A] =[A]₀/2 の場合、t =t₁/₂.
一次反応の速度方程式、log{[A]₀/[A]} ={k/2.303} x t
[A] と t の値を代入して、
log{2[A]₀/[A]₀} ={k/2.303} x t₁/₂
⇒ log 2 =[k x t₁/₂]/ 2.303
⇒ t₁/₂ ={2.303 x log 2}/ k
⇒ t₁/₂ =0.693/k
したがって、一次反応の半減期式は初期濃度とは無関係です。
t₁/₂ 対 [A]₀ のグラフをプロットすると、[A]₀ に平行な水平線になります。
k =時間⁻¹ の単位。
したがって、t₁/₂ =時間の単位です。
一次反応の半減期の解例
例: 一次反応は、速度定数 k =7.39 x 10-5 s-1 を持つことがわかっています。この反応の半減期を求めよ. (ログ 2 =0.3010)
答え: 一次反応の場合、
k =(2.303/t) x log{[A]₀/[A]}
t₁/₂ =0.693/k
⇒ t₁/₂ =0.693/ 7.39 x 10⁻⁵ s⁻¹
⇒ t₁/₂ =9.38 x 10⁻³ s
n 次反応の半減期方程式の導出
上記の導出から、
ゼロ次反応の場合、t₁/₂ ∝ [A]₀.
一次反応の場合、t₁/₂ ∝ [A]₀º.
同様に、二次反応の場合、t₁/₂ ∝ [A]₀⁻¹.
一般に、n 次反応の場合、
t₁/₂ ∝ [A]₀¹⁻ⁿ
⇒ t₁/₂ ∝ 1/[A]₀ⁿ⁻¹
n 次反応の半減期式の単位も「M(n-1)s」です。ここで、「n」は反応の次数です。
覚えておくべきポイント
<オール>t₁/₂ =[A]₀/2k
- 最初のゼロ次反応の場合、半減期の式は次のように与えられます
t₁/₂ =0.693/k
- n 番目のゼロ次反応の場合、半減期の式は次のように与えられます
t₁/₂ ∝ [A]₀¹⁻ⁿ
- 0 次反応と 1 次反応の t₁/₂ の単位は「時間」です。
ご存知ですか?
- 医学用語では、薬の半減期は、治療薬が体内に存在するのに必要な時間と定義されています。
- 反応の半減期は、化学物質の経時的な消失または変化に関連している可能性があります。
- 水は自然分解しません。それは水の安定した性質のために起こります。したがって、半減期という用語には関連付けられません。
結論
反応の半減期 (t1/2) は、一定量の反応物が消費されるのに必要な時間です。盛んな半減期ごとに、反応物の残りの濃度の半分が消費されます。一次反応の半減期は、反応物の濃度によって制限されません。同時に、他の次数との反応の半減期は、反応物の濃度に依存します。
よくある質問
<強い>1.放射性物質の半減期の定義は?
<オール><強い>2.急速な半減期とは?
A. 通常、ラピッドは半減期としてタグ付けされていません。半減期とは、製品が最初の有効性の 50% を低下させるのにかかる時間を指します。それは薬物から放射性元素にまで及びます。同時に、その 50% に到達するまでの速度の比較は、「短い半減期」(速いという意味) および「長い半減期」(長いという意味) と呼ばれることがよくあります。
<強い>3.ゼロ次反応の例は?
A. ゼロ次数に従ういくつかの一般的な反応は次のとおりです
- 金表面での HI の分解。
- プラチナ、金、モリブデンなどのいくつかの物質でのアンモニアの分解
- 酵素触媒反応は、基質に関するゼロ次反応と酵素に関する一次反応です。
4.半減期という用語を初めて提案したのは誰ですか?
A. 1907 年に、アーネスト ラザフォードは、元素の半減期に関連する放射性元素の年代測定の概念を突き止めました。 1950 年代、このデート用語は半減期と省略されました。
ラザフォードは、放射性元素の半減期の概念を求め、ラジウムから鉛 206 への崩壊期間を決定することにより、岩石の年代決定プロセスを研究しました。
<強い>5.放射性崩壊中の放射線の制御における半減期の重要性は何ですか?
A. 簡単に言うと、放射能の半減期は放射線管理において重要です。なぜなら、長寿命の放射性核種は、いったん放出されると、一時的な種よりも長くあちこちに存在するからです。長期間留まる放射性核種は、環境にさらされ、非永久核種よりも長く存在します。人が著しく露出していないことを確認するために、環境の本質的かつ長期的な観察が必要になる場合があります。物質の半減期の値は、その物質が環境中に存在する期間を決定するのに役立ちます。
