化学反応速度因子、反応順序、アプリケーション

の 化学反応速度論 それは反応の速度の研究です。それは、数学的方程式によって表された法則を通して、分子メカニズムについての実験的または理論的データを導き出します。メカニズムは一連のステップから成り、そのうちのいくつかは速いですが、他は遅いです.

これらのうち最も遅いものを速度決定ステップと呼びます。したがって、この段階の中間種とオペラントメカニズムを知ることは、速度論の観点から非常に重要です。上記の可視化は、試薬が瓶に封入されており、反応すると生成物が外側に逃げると仮定することです。.

最後に、製品はそれ以上の速度論的障害なしにボトルの口から自由に出てくる。この観点から、多くのサイズとデザインのボトルがあります。しかし、それらはすべて共通の1つの要素を持っています。狭い首、反応の決定要因ステップの指標.

索引

• 1化学反応速度論を研究しているもの?
• 2反応率
  • 2.1定義
  • 2.2一般方程式
  • 2.3デザートの例
  • 2.4決定方法
• 3反応速度に影響を与える要因
  • 3.1化学種の性質
  • 3.2試薬の濃度
  • 3.3気温
• 4化学反応速度論における反応順序
  • 4.1ゼロ次の反応
  • 4.2一次反応
  • 4.3二次反応
  • 4.4反応の順序と分子性
• 5アプリケーション
• 6参考文献

化学反応速度論を研究するもの?

実験的には、この化学分野では、特定の特性の測定から、化学反応に含まれる濃度の変動を調べます。.

化学反応速度論は、反応速度から導き出すことができるすべての情報を研究するための化学の分野です。彼の名前は、プロセスの時間を示す懐中時計を想像するためにあなたを誘います、それが起こる場所に関係なく：原子炉の中、雲の中、川の中、人体の中などで。.

すべての化学反応、したがってすべての変換は、熱力学的、平衡的および速度論的側面を持っています。熱力学は、反応が自発的であるかどうかを示します。その定量化の程度のバランス。そしてその速度とそのメカニズムについてのデータを支持する運動条件.

化学反応速度論の本質的な側面の多くは、日常生活で観察することができます。冷蔵庫では、食品の一部である水を凍結させることによって食品を凍らせて分解を減らします。また、ワインの熟成において、その熟成は彼らに彼らの心地良い味を与えます.

しかし、「分子の時間」はその小さなスケールでは非常に異なり、それは多くの要因（リンクの数と種類、サイズ、物質の状態など）によって大きく異なります。.

時間は人生であり、またお金でもあるので、どの変数が化学反応を可能な限り迅速に進行させるのかを知ることは非常に重要です。しかしながら、時には反対のことが望まれる：特にそれが発熱性でありそして爆発の危険性がある場合には反応は非常にゆっくり起こる。.

これらの変数は何ですか？反応器やシステムがどの程度の圧力や温度でなければならないかなど、物理的なものもあります。そして他のものは、溶媒の種類、pH、塩分、分子構造などの化学的なものです。.

しかし、これらの変数を考え出す前に、まず現在の反応の動力学を研究しなければなりません。.

どうですか？特定の特性が定量化されている場合、それは最初の特性に比例している可能性があります濃度変動を通して。歴史を通じて、これらの方法はより洗練されてきており、より正確で正確な測定が可能になっています。.

反応率

化学反応の速度を決定するためには、関与する化学種のどれかの濃度が経時的にどのように変化するかを知ることが必要です。この速度は多くの要因に大きく左右されますが、最も重要なことはそれが「ゆっくり」起こる反応に対して測定可能であるということです。.

ここでは、「ゆっくり」という言葉は相対的なものであり、利用可能な機器技術で測定できるものすべてに対して定義されています。例えば、反応が装置の測定容量よりはるかに速い場合、それは定量的ではなくなり、またその反応速度論を研究することもできないであろう。.

次に、反応速度は、平衡に達する前に任意のプロセスの閾値で決定される。なんで？平衡状態では、直接反応（生成物の生成）と逆反応（生成物の生成）の速度は等しいからです。.

系に作用する変数、そしてその結果としてその反応速度または反応速度を制御することにより、理想的な条件は、最も望ましいそして安全な時間内に一定量の生成物を生成するように選択することができる。.

一方で、この知識は分子機構を明らかにし、それは反応の性能を高めるときに価値がある.

定義

速度は時間の関数としての大きさの変化です。これらの研究では、時間、分が経過するにつれて濃度の変動を決定することに興味があります。ナノ、ピーク、さらにはフェムト秒（10^-15年s）.

それは多くのユニットを持つことができますが、最も簡単で最も簡単なのはMです。^-1, またはmol / L・sと等しいもの。単位に関係なく、物理量であるため（寸法や質量など）、常に正の値をとる必要があります。.

しかしながら、一致により、試薬の消失率は負の符号を持ち、製品の出現率は正の符号を持つ。.

しかし、反応物と生成物がそれ自身の速度を持っているとしたら、どのようにして全体的な反応の速度を決めるのでしょうか？答えは化学量論係数にあります.

一般方程式

次の化学式は、CとDを形成するためのAとBの反応を表しています。

あるA + bB => cC + 日D

モル濃度は通常大括弧で表されるので、例えば、種Aの濃度は[A]と表記されます。したがって、含まれる各化学種の反応速度は次のとおりです。

数学的方程式によると、反応速度に到達するための４つの経路がある：任意の反応物（ＡまたはＢ）または生成物（ＣまたはＤ）の濃度の変動が測定される。.

次に、これらの値の1つと、その正しい化学量論係数を使って、後者で割り、反応速度rxnを取得します。.

反応速度は正の量なので、負の符号は反応物の負の速度値を乗じます。このため、係数は ある そして b （-1）を掛ける.

例えば、Aの消失速度が - （5M / s）で、その化学量論係数が ある 2、速度rxnは2.5M / s（（-1/2）x 5）.

デザート例

製品がデザートの場合は、類推による成分が反応物になります。そして化学式、レシピ：

7クッキー+ 3クラウン+ 1Salad => 1Postre

そして、それぞれの甘い材料と同じデザートのスピードは次のとおりです。

したがって、デザートを作る速度は、クッキー、ブラウニー、アイスクリーム、またはセット全体の種類によって決定できます。次にそれをその化学量論的係数（７、３、１および１）の間で分割する。ただし、一方のルートが他方よりも簡単な場合があります。.

たとえば、[デザート]がさまざまな時間間隔でどのように増加するかを測定すると、これらの測定は複雑になる可能性があります。.

その一方で、ブラウニーやアイスクリームよりも濃度を決定しやすくする数や特性のため、[cookie]を測定する方が便利で実用的かもしれません。.

それを決定する方法

単純な反応Ａ ＝＞ Ｂを考えると、例えば水溶液中のＡが緑色の着色を示す場合、これはその濃度に依存する。したがって、AがBになると緑色が消え、この消失を定量化すると、[A] vs tの曲線が得られます。.

一方、Bが酸性種の場合、溶液のpHは7未満の値に低下します。したがって、pHの低下から[B]が得られ、続いてグラフ[B]とtの関係がわかります。重ね合わせると、両方のグラフが次のように評価されます。

グラフでは、[A]が消費されるために時間とともにどのように減少するのか、また、積であるため曲線[B]が正の傾きでどのように増加するのかを確認できます。.

また、[A]がゼロになる傾向があり（平衡がない場合）、[B]が化学量論によって支配される最大値に達し、反応が完了した場合（すべてのAが消費される）.

AとBの両方の反応速度は、これらの曲線のいずれかの接線です。言い換えれば、導関数.

反応速度に影響を与える要因

化学種の性質

すべての化学反応が瞬間的であれば、それらの速度論的研究は存在しないでしょう。多くのものは非常に速いので、測定できません。つまり、それらは測定できません。.

従って、イオン間の反応は通常非常に速く完全である（収率約１００％）。一方、有機化合物を含むものは時間がかかります。最初のタイプの反応は次のとおりです。

H₂そう₄ + 2NaOH => Na₂そう₄ + 2H₂○

イオン間の強い静電相互作用は、水と硫酸ナトリウムの急速な形成を促進する。対照的に、第二のタイプの反応は、例えば酢酸のエステル化である。

CH₃COOH + CH₃CH₂OH => CH₃COOCH₂CH₃ + H₂○

水も形成されるが、反応は瞬間的ではない。好条件下でも、数時間で完了.

しかしながら、他の変数、すなわち反応物の濃度、温度、圧力および触媒の存在に対して反応の速度により大きな影響を及ぼす。.

試薬の濃度

化学反応速度論では、無限から分離された研究中の空間はシステムと呼ばれます。例えば、反応器、ビーカー、フラスコ、雲、星などが、検討中のシステムとして考えられ得る。.

このように、系内では分子は静止しているのではなく、全ての隅に「移動」している。これらの変位のいくつかにおいては、他の分子と衝突して製品を跳ね返すかまたは生み出す。.

その場合、衝突数は反応物の濃度に比例する。上の画像は、システムが低濃度から高濃度にどのように変化するかを示しています.

また、衝突が多い限り、2つの分子が反応する可能性が高まるため、反応速度は速くなります。.

反応物が気体の場合は、可変圧力が処理され、（理想的な気体などの）多くの既存の方程式のいずれかを仮定した気体濃度に関連付けられます。あるいはまた、ガス分子が衝突する可能性を高めるためにシステムの容積が縮小される。.

気温

衝突数は増加しますが、すべての分子がプロセスの活性化エネルギーを克服するのに必要なエネルギーを持っているわけではありません。.

これは温度が重要な役割を果たすところです：それは分子がより多くのエネルギーと衝突するように熱的に分子を加速する機能を果たします.

従って、一般に反応速度は系の温度の１０℃上昇ごとに２倍になる。しかし、すべての反応についてそれがいつもそうであるというわけではありません。この増加を予測する方法は？アレニウスの方程式はこの質問に答えます。

ｄ（ｌｎＫ）／ ｄＴ ＝ Ｅ ／（ＲＴ）²）

Kは温度Tでの速度定数、Rは気体の定数、Eは活性化エネルギーです。このエネルギーは試薬が反応するためにスケールしなければならないエネルギー障壁を示します.

速度論的研究を実施するためには、触媒を用いずに温度を一定に保つことが必要である。触媒は何ですか？それらは反応に介入するが消費されることなく介入し、活性化エネルギーを減少させる外来種である.

グルコースと酸素の反応の触媒作用の概念は、上の図に示されています。赤い線は酵素（生物学的触媒）がない状態での活性化エネルギーを表し、青い線は活性化エネルギーの減少を示します。.

化学反応速度論における反応順序

化学式では、反応のメカニズムに関連した化学量論的指数は、同じオーダーの指数と等しくありません。化学反応は通常一次または二次、めったに三次以上を持っていません.

それはなぜですか？ 3つのエネルギー的に励起された分子の衝突はありそうもなく、そしてさらにもっとそうであるのは、確率が無限小である四重または五重衝突である。分数反応次数もまた可能である。例えば、

NH₄Cl <=>NH₃ + HCl

バランスと考えれば、反応は一方向（左から右）に1次、もう一方（右から左）に2次です。次のバランスは両方向で二次のものですが：

2HI <=> H₂ + 私は₂

分子量と反応順序は同じですか？いいえ。分子性とは、反応して生成物を生成する分子の数です。グローバルな反応の順序は、速度を決定するステップに含まれる試薬の順序と同じです。.

2KMnO₄ + 10KI + 8H₂そう₄ => 2MnSO₄ + 5I₂ + 6K₂そう₄ + 8H₂○

この化学反応は、高い化学量論指数（分子量）を有するにもかかわらず、実際には二次反応である。言い換えれば、速度の決定ステップは2次です。.

ゼロ次反応

それらは不均一反応の場合に起こる。たとえば、液体と固体の間です。したがって、速度は反応物の濃度とは無関係です。.

同様に、試薬がゼロの反応次数を有する場合、それはそれが速度の決定工程に関与しないが、速いものには関与しないことを意味する。.

一次反応

A => B

一次反応は、次の速度則によって支配されます。

V = k [A]

Ａの濃度が２倍になれば、反応速度Ｖもそうする。それ故、速度は反応を決定する段階における試薬の濃度に比例する。.

二次反応

2A => B

A + B => C

このタイプの反応では、今書いた2つの化学式のように、2つの化学種が介在します。反応速度の法則は次のとおりです。

V = k [A]²

V = k [A] [B]

最初の反応速度はAの濃度の2乗に比例し、2番目の反応速度は1次の反応の場合と同じです。速度はAとBの両方の濃度に正比例します。.

反応順序対分子性

前の例によれば、化学量論係数は反応の次数と一致してもしなくてもよい。.

しかしながら、これは素反応のために起こり、素反応は反応のあらゆる段階の分子メカニズムを決定します。これらの反応において、係数は関与する分子の数に等しい.

例えば、Aの分子はBの分子と反応してCの分子を形成します。ここで分子量は反応物に対して1であり、速度の法則では反応次数と一致します。.

その結果、分子量は常に整数でなければならず、確率的には4未満でなければなりません。.

なんで？メカニズムの通過において、4つの分子が同時に関与することはほとんどありません。最初にそれらのうちの2つを反応させ、それから他の2つがこの製品と反応させる.

数学的には、これは反応次数と分子性の間の主な違いの1つです。.

これは前者が種の濃度がスピードにどのように影響するかを反映しているだけで、それらの分子がプロセスにどのように干渉しているかを反映していないためです.

アプリケーション

- それはその完全な代謝の前に薬物が生物内に残っている時間を決定することを可能にする。また、速度論的研究のおかげで、酵素触媒作用は、環境に悪影響を及ぼす他の触媒に対する環境に優しい方法として従うことができます。無数の工業プロセスでも使用される.

- 自動車産業、特にエンジン内では、自動車が始動するために電気化学反応が迅速に行われなければならない。また、有害ガスCO、NO、NOを変換する触媒コンバータを備えた排気管にも_× COで₂, H₂O、N₂ とO₂ 最適な時期に.

2NaN₃（s）= 2Na（s）+ 3N₂（g）

-それは、車両が衝突したときにエアバッグが膨張する理由の背後にある反応です。タイヤが急にブレーキをかけると、検出器がアジ化ナトリウムNaNを電気的に爆発させる₃. この試薬はNを放出する「爆発」します₂, バッグの全容量を素早く占有する.

純粋な状態では有毒であるため、金属ナトリウムは他の成分と反応して中和します。.

参考文献

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