反応速度の計算方法

粒子が衝突すると反応が起こります。この衝突では、粒子は古い結合を壊して新しい結合を作るのに十分なエネルギーを伝達します。しかし、反応が起こる速度をどのように定義できますか?

反応率

以下のような単純な反応を見てみましょう:

この反応では、一部の反応物 A が一部の生成物 B に変わります。反応速度は、時間の経過に伴う A の濃度の減少によって、または時間の経過に伴う B の増加として表すことができます。これは書かれています：

A は時間の経過とともに減少するため、このレートの前に負の符号があります。ここに表示されているレートは平均です 一定の期間にわたって平均化されているためです。

反応率をどのように決定しますか?

反応速度、または反応が起こる速度は、上記のように、時間の変化ごとの反応物または生成物の濃度の変化として記述されます。

これを実験的に計算するには、反応物または生成物の濃度を時間の関数として監視する必要があります。異なる時間で測定値を取得したら、これらの値をプロットして、反応の瞬間速度または直線の傾きを見つけることができます。

C と D を形成する A と B の間の反応を見ていると仮定します。明らかに、生成物の形成は A と B の両方に依存します。>集中力 B の値は基本的に一定のままです。このようにして、B の量の変化は測定された反応速度に影響を与えません。

次に、A のさまざまな濃度で速度をプロットできます。これにより、速度が反応物の濃度に比例するかどうかを確認できます。

速度対濃度をプロットするときに、 A から直線が得られます。これは、速度が A の濃度に正比例することを意味します。その結果、A の濃度が高いほど、速度も高くなります。

これは次のように表すことができます:

変数 k は速度定数として知られています .これは、反応速度と反応物の濃度の間の比例定数です。変数 k は そうではありません 反応物の濃度に影響されます。これは、速度と反応物濃度の比率です。この値 k は温度によってのみ影響を受けます。

濃度はモル濃度で測定されるため、濃度の変化は M で測定され、時間は秒で測定されます。これは、k の単位が通常 1/s または s であることを意味します。

化学量論と反応率

化学量論の場合、成分間のモル対モル比のような単純な反応は等しくなります。たとえば、A が B になると、B が 1 モル生成されるたびに A が 1 モル失われます。

すべての反応がこれほど単純なわけではありません。

次の反応を考えてみましょう:

B が作られるたびに、3 モルの A が使用されます。これは次のように表現できます:

一般的に、反応について:

レートは次のように与えられます:

料金法とは

レート法 速度定数に対する反応速度の関係と、あるべき乗された反応物質の濃度を表します。

一般的な反応:

レート法は次のように記述されます:

AとBは反応です。 k は速度定数です。 x と y は、実験的に決定する必要がある数値です . x と y が分かれば、任意の反応物濃度の入力を使用して、反応速度を見つけることができます。

x と y は、反応物 A と B の濃度と反応速度の関係を示すため、重要です。また、反応順序も示します 合わせたとき。反応次数は、速度法則における反応物濃度が上昇する累乗の合計です。

反応の順序は?

上で説明したように、速度法則は、反応物濃度の変化が反応速度にどのように影響するかを示す数学的関係です。では、どうすれば率の法則を見つけることができるでしょうか?

次の水素と硝酸の反応を見てみましょう:

次数を見つけるには、率の法則の指数を知る必要があります。これは次のように記述されます:

これには、反応物濃度と初速度を示すデータを使用する必要があります。

次のデータを検討してください:

各反応物に関して順序を見つけるには、他の反応物が一定に保たれている実験を見つけることから始めます。たとえば、NO に関する順序を調べるには、実験 1 と 2 を見ると、NO の濃度は 2 倍になりますが、H₂ の濃度は 2 倍になります。 は一定に保たれます。

実験 1 と 2 は、NO の濃度が 2 倍になると速度が 4 倍になることを示しています。以下のように、これらの両方の実験の速度法則を書きます:

そして

式の 2 つの右辺の比率は 4 であるため、最初の式を 2 番目の式で割ると、次のようになります。

したがって、y =2.

次に、H₂ に関する順序を見つけることができます。 .実験 2 と 3 は、H₂ を 2 倍にすることを示しています。 濃度は速度を2倍にします。これは、反応がH₂で一次であることを意味します .

したがって、率の法則は次のとおりです。

指数 1 と 2 を足し合わせると 3 となり、反応が 3 次であることを意味します。

レート法に関するいくつかの重要なポイント:

反応の順序はどういう意味ですか?

反応の順序は、反応物の濃度によって速度がどのように変化するかを示します。

一次反応とは、その速度が反応物質の濃度を 1 乗した値に依存する反応です。これは、反応物の濃度が 2 倍になると速度が 2 倍になることを意味します。

多くの分解反応は一次反応です。例は N₂ の分解です O₅ :

二次反応は、速度が 1 つの反応物の濃度の 2 乗、または 2 つの反応物の濃度の 1 乗に依存する反応です。

二次反応の一例は、気相でヨウ素分子を形成するヨウ素の組み合わせです。