反応速度とは、化学反応が発生したときに、反応物を介して生成物が形成される速度を指します。さらに、反応を完了するために必要な時間枠に関する重要な洞察も提供します。たとえば、火の中でのセルロースの燃焼の反応速度ははるかに高く、反応は 1 秒未満で完了します。
反応率の定義
前述のように、反応速度は、反応物が生成物になるまでの速度を定義します。しかし、化学反応を考えると、通常、反応速度は大きく異なります。すぐに完了する化学反応もいくつかありますが、平衡状態に達するまでに長時間かかる化学反応もあります。
一般的な反応速度の定義によれば、木材の燃焼はプロセスが速いため、より重要な反応速度を維持します。一方、鉄の錆びのプロセスは、ゆっくりとしたプロセスであるため、低い反応速度を維持します。
反応速度に影響する要因
多くの要因が化学反応速度に影響を与えます。それらのいくつかを以下に示します。
- 反応物の濃度
化学反応に関与する反応物の濃度が増加するにつれて、衝突または活性化された衝突の数が増加する傾向があります。
これにより、化学反応の速度が向上します。この考え方は、濃度が高くなると衝突回数が増えるという衝突理論に基づいています。したがって、反応速度は濃度の増加に正比例すると言えます。
つまり、反応速度 ∝ 衝突頻度 (Z)
数式 =レート (r) ∝ cn または r =kcn
ここで、r =化学反応の速度
c =反応物の濃度
n =反応の順序
k =特定のレート
圧力
特定のガス系の圧力が増加すると、反応する物質間で発生する衝突の数が直接増加します。これは、順番に、肯定的な方法で反応速度に影響を与えます。これは、反応物質がガス状で存在する反応速度も増加することを意味します。
- 温度
温度は、反応速度に影響を与える 3 番目の要因です。温度の上昇とともに反応速度が増加する反応がいくつかあるため、これを理解するのは少し複雑です。
このような反応では、反応する物質は運動エネルギーを獲得し、より活性化されます。これにより、反応する物質の衝突が増加し、化学反応の速度が増加します。
ただし、これはすべての場合に当てはまるわけではありません。酵素を触媒とする生体反応は、温度が上がると反応速度が低下することが知られています。その理由は、酵素が温度の上昇により機能と活性を失うためです。
- 触媒の存在
触媒とは、反応速度を速めるために反応を助ける物質です。覚えておくべきことの 1 つは、触媒自体は反応に関与しないということです。これは、追加されたときと同じ形式で出力されることを意味します。
触媒は、反応が起こるための代替経路を提供します。新しい経路は活性化エネルギーが低いため、反応物は容易に生成物に移行します。
触媒は、可逆反応において重要な役割を果たします。それらは、前方反応と後方反応の両方の活性化エネルギーを低下させることが知られています。
ただし、触媒には正と負の 2 種類があります。正の触媒は反応速度を高めることが知られていますが、負の触媒は反応を妨害して反応を低下させます。
- 反応物の性質
反応物の性質は、反応速度に影響を与えるもう 1 つの要因です。共有結合とイオン結合の 2 種類の結合は、異なる反応速度を引き起こすことが知られています。
イオン性化合物はより速く反応する傾向があり、反応速度を上げることができます。あるいは、共有結合化合物はゆっくりと反応することが知られており、反応速度を低下させることができます。その理由は、イオン性化合物では、イオン移動のみが行われるためです。しかし一方で、共有結合化合物は、生成物を形成する前に結合切断を受けなければなりません。
- 反応物の方向
反応速度は、反応物が反応して生成物を形成する方向に依存します。反応物が正しい方向に存在する場合、反応速度の増加につながります。
一方、反応物の向きによって攻撃できない場合は、反応速度の低下につながります。
言い換えれば、単純な反応物は、適切な配向の可能性が高いため、複雑なものと比較して反応速度が高くなります。
表面積
反応物の表面積は、反応速度の増加に直接関係しています。反応速度を上げるために、反応物と触媒は微粉末の形で使用されます。これにより、反応物の表面積が増加し、反応速度が向上します。
例えば、亜鉛と塩酸の反応では、亜鉛を亜鉛線の形で使用した場合に比べて、亜鉛を粉末の形で使用した場合の方が反応速度が速くなります。
- 光の強さ
平均反応速度は、光の強度に正比例します。適切な光が使用されると、光化学反応の速度が上がります。
光の強度が増加すると、光子の数も増加し、反応速度が再び増加します。
結論
したがって、これらは反応速度に影響を与える要因です。ただし、反応物の性質は、反応速度と反応順序に影響を与える最も重要な要因の 1 つです。
反応速度が 1 つの反応物のみに依存する最も一般的なタイプの反応の 1 つは、一次反応として知られています。しかし、それ以外にも二次反応、三次反応、擬一次反応などがあります。
