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反応速度:学習ガイド

重要なポイント

反応速度論は、反応がどれだけ速く進むかを扱う。速度式は速度定数 k を通して速度と濃度を結び、反応次数が濃度の時間変化を決める。

  • 速度式は 速度 = k[A]ⁿ で、次数 n は係数からではなく実験から求める。
  • 1 次反応では ln[A] が時間に対して直線的に減り、半減期 t½ = 0.693 ÷ k は初期濃度に依存しない。
  • 0 次反応では [A] が直線的に、2 次反応では 1 ÷ [A] が直線的に変化する。これらの半減期は初期濃度に依存する。
  • アレニウスの式 k = A·e^(−Eₐ ÷ RT) は、温度が高いか活性化エネルギーが低いほど反応が速いことを示す。

主な式

  • rate = k[A]ⁿ
  • ln[A] = ln[A]₀ − kt (first order)
  • t½ = ln 2 ÷ k = 0.693 ÷ k
  • 1 ÷ [A] = 1 ÷ [A]₀ + kt (second order)
  • k = A·e^(−Eₐ ÷ RT)

例題

1 次反応の k = 0.0231 min⁻¹ とする。半減期は 0.693 ÷ 0.0231 = 30 min。90 min 後は半減期 3 回分なので、残りは (½)³ = 12.5 %。確かめると e^(−0.0231 × 90) = e^(−2.08) = 0.125。

よくある間違い

  • 反応次数を、つり合った反応式の係数から読み取ること。
  • 1 次反応ではない反応に、1 次反応の半減期の式を使うこと。
  • アレニウスの式でケルビンを使わないこと、R と Eₐ の単位をそろえないこと。

練習

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