化学反応速度論は、化学反応の速度とプロセスを研究する化学の最も重要で刺激的な分野の 1 つです。速度論的研究は、化学プロセスのペースがどのように変化するかを示すためにも使用できます。この記事では、室温でのヨウ化物イオンと過酸化水素の間の特定の過酸化水素化学反応の動力学を見ていきます。しかし、その前に、化学反応速度論がいかに魅力的であるかについて話しましょう。
化学実験室で滴定を行ったことがありますか?完全に無色の溶液がバーガンディまたはブルーの美しい色合いに変化するのを見たことがありますか?または、着色された溶液が透明になりますか?すごいですよね？化学反応速度論は、世界、それがどのように機能するか、なぜ特定のことが起こるのかを知るために重要であり、化学プロセスのメカニズムの証拠を提供します.また、製薬業界でも頻繁に使用されています。特定の化学概念を理解するために、特定の過酸化水素分解反応を分析して、これらのヨウ化物イオンがどのように反応するかを見てみましょう。
毎日、化学反応速度論に出くわします。さまざまな鉄の表面に見られるサビ？空気や湿気にさらされたときの鉄の化学反応。消化、光合成、および燃焼は、他の一般的な例です。ヨウ化物イオンが過酸化水素と反応することは日常生活では見られません。この特定の過酸化水素の化学反応は、さまざまな目的でヨウ素を生成するために使用されます。
前提条件
この過酸化水素分解反応を読み進めて理解する前に、いくつかの前提条件を知っておく必要があります。まず、いくつかの化学用語に慣れてもらいましょう。
反応物、生成物、および濃度
反応物は、他の化学物質 (この場合はチオ硫酸ナトリウム) を導入したり組み合わせたりすると変化する化学物質です。多くの場合、化学反応には複数の反応物が存在します。
一方、製品は化学反応の結果として形成されます。
濃度は、反応物と生成物の測定値、つまり何かの「量」に他なりません。濃度を計算するにはさまざまな方法があり、多くの場合、質量と体積に関するものです。標準的な方法は、物質のモル濃度 (溶液の単位体積あたりの物質の量) を使用することです。モル濃度は「M」で表されます。
この特定の過酸化水素化学反応では、過酸化水素とヨウ化物イオンが反応物であり、ヨウ素と水が生成物です。
反応率/反応率
反応物または生成物の濃度が指定された時間内に特定の速度で変化する場合、これは反応速度または反応速度と呼ばれます。
ヨウ化物イオンと室温での化学的過酸化水素反応との間の反応速度内でヨウ化物イオンの濃度を変化させた結果については、この記事の後続のセクションで説明します。
運動エネルギー
運動の結果、運動エネルギーが生成されます。これは、物体や粒子がその運動によって持つエネルギーです。これは、オブジェクトまたは粒子の速度と質量の影響を受ける、移動するアイテムまたは粒子のプロパティです。
運動エネルギーは、質量 (m) と速度 (v) の 2 乗の積の半分に等しくなります。その SI 単位はジュールです。
KE =½ mv2 ここで、
ここで、KE =運動エネルギー
m =体重、
v =体の速度
この式は低速から中程度の速度で移動する物体にのみ適用されることを覚えておくことが重要です。速度が上がるにつれて、非常に基本的な科学的概念が変化します。
酸化、酸化剤
酸化とは、化学物質 (多くの場合反応物) が酸素の付加によって変化するプロセスです。反応物は、酸化中に電子の一部を失います。現在、これらの自由電子は、酸化剤または酸化剤と呼ばれる、酸化できる他の物質によって受け入れられます。
この室温での過酸化水素分解反応では、ヨウ化物イオンが酸化され、過酸化水素が酸化剤になります。
分解反応
分解反応は、化学反応中に 1 つの反応物が 2 つに分裂する化学反応です。この特定の過酸化水素の化学反応は分解反応です。
過酸化水素分解反応の分析
狙い
この実験の目的は、特定の温度でのヨウ化物イオンの濃度変化と過酸化水素の反応との関係を調べることです。これは、化学反応のメカニズムと速度に関する理解を深めることを目的としています。
反応物の濃度が増加すると、反応速度が上昇します。過酸化水素存在下でのヨウ化物イオンとチオ硫酸ナトリウムとの相互作用を分析するために、分解反応を調べてみましょう。反応物濃度が化学反応の速度にどのように影響するかを理解できます。
必要な器具
ヨウ化カリウム溶液用の 250 mL コニカル フラスコ 5 個
ストップウォッチ
過酸化水素用 500 mL 三角フラスコ
トラフ
100 ミリリットルのメスシリンダー
でんぷんベースのソリューション
ヨウ化カリウム溶液 (0.1 M)
2.5 M 硫酸溶液
チオ硫酸ナトリウム水溶液 (0.04M)
3% 過酸化水素水
手順
250 ml の三角フラスコを 4 つ用意し、1、2、3、4 とラベルを付けます。
0.1 M KI 溶液 10 ml、20 ml、40 ml、60 ml をそれぞれフラスコ 1、2、3、4 に加え、過酸化水素 10 ml も各フラスコに加えます。
必要に応じて蒸留水を加えて、各フラスコの溶液の量を 100 ml にします。
過酸化水素は酸化剤として作用し、ヨウ素イオンをヨウ素に変換します.
H2O2 + 2l– + 2H+ → 2H2 O + l2
澱粉溶液 5 ml と 0.04 M チオ硫酸ナトリウム溶液 10 ml を各フラスコに加え、反応を監視します。
放出されたヨウ素がチオ硫酸ナトリウムと反応すると、ヨウ化物イオンが生成されます。
l2+ 2S2O3 2- → S4O6 2- + 2l–
ピペットを使って 3% 過酸化水素溶液 5 ml をフラスコ 1 に加え、すぐにストップウォッチを開始します。混合物をかき混ぜ、青色が現れるまで待って観察します。青色が現れる時間に注意してください。
チオ硫酸イオンがすべて消費されると、デンプン溶液は青色になります。
l2 + デンプン → ブルー コンプレックス
青色が現れるまでに必要な時間は、反応のペースに比例します。
フラスコ 2、3、および 4 の溶液で繰り返します。時間が一定でないことがわかります。これは、各フラスコの濃度変化によるものです。
運動エネルギーの計算
物体の総運動エネルギーを求めるには、前提条件で説明した式を使用します。運動エネルギーは、その質量と線速度 (質量を中心とする) の 2 乗の積の半分に等しくなります。
KE =½ mv2 ここで、
ここで、KE =運動エネルギー
m =体重、
v =体の速度
最良の結果を得るために、この手順を実行する際は、新しく調製したチオ硫酸ナトリウム溶液を使用してください。 KI 溶液の濃度は、合理的に可能な範囲でチオ硫酸ナトリウム溶液の濃度より高くする必要があります。でんぷん溶液を調製するときは、新しく調製した溶液のみを使用してください。
反応率の計算
化学反応の速度は、濃度の変化と経過時間の変化の比率に等しくなります。
結論:
結論として、化学反応速度論は計算が複雑なため難しいと考えられがちですが、必ずしもそうである必要はありません。反応速度、運動エネルギー、使用される物質の濃度など、すべての重要な概念を理解するのに役立つ化学の魅力的な領域です。室温でのヨウ化物イオンと過酸化水素との反応の速度論的研究に関するこの包括的な記事は、前述の化学概念の明確な直感をあなたに与えたでしょう.楽しく学習しましょう!
