化学入門

用語

• 触媒プロセスで消費されることなく、化学反応の速度を増加させる物質。
• 活性化エネルギー衝突時に反応が起こるために分子が持っていなければならないエネルギーの最小量。

反応物の濃度

反応物の濃度を上げると、反応がより速い速度で起こります。 化学反応が起こるためには、活性化エネルギーと等しいかそれ以上のエネルギーを持つ分子が一定数存在しなければならない。 濃度の増加に伴い、必要最小限のエネルギーを有する分子の数が増加し、したがって反応速度が増加する。 例えば、100万個の粒子の1つが十分な活性化エネルギーを持っている場合、100万個の粒子のうち100個だけが反応します。 しかし、同じ体積内に2億個の粒子がある場合、200個の粒子が反応します。 濃度を倍増させることによって、反応速度も同様に倍増している。

表面積

固体と液体の間の反応では、固体の表面積は、最終的に反応が起こるどのくらいの速に影響を与えます。 これは、液体と固体が固体の表面上にある液体-固体界面でのみ互いにぶつかることができるためです。 固体の体内に閉じ込められた固体分子は反応することができません。 したがって、固体の表面積を増加させると、より多くの固体分子が液体に暴露され、より迅速な反応が可能になる。

たとえば、6x6x2インチのレンガを考えてみましょう。 レンガの露出面の面積は4（6\times2）+2（6\times6）=120\;cm^2です。 しかし、レンガを9つの小さな立方体に分解すると、各立方体の表面積は6（2\times2）=24\cm^2なので、9つの立方体の総表面積は9\times24=216\cm^2になります。

これは、より大きな体がより小さな部分に分割されると、露出した表面積の合計が増加することを示しています。 したがって、反応は物質の表面上で起こるので、表面積を増加させることは、反応するために利用可能な物質の量を増加させるべきであり、したがって、反応の速度も増加させるであろう。

圧力

ガスを含む反応の圧力を上げると、反応速度が増加します。 ガスの圧力を上げると、その体積が減少します（PV=nRT;PとVは逆に関連しています）が、粒子の数（n）は変わりません。 したがって、圧力を増加させると、ガスの濃度（n/V）が増加し、ガス分子がより頻繁に衝突することが保証される。 このロジックは、圧縮性の高いガスに対してのみ機能することに注意してください; 固体または液体のみを含む反応の圧力を変更しても、反応速度には影響しません。

温度

温度の10℃の上昇は、通常、分子間の反応の速度を倍または三倍にすることが実験的に観察されている。 活性化エネルギーとして知られている反応が進行するのに必要な最小エネルギーは、温度の上昇とともに同じままである。 しかし、吸収された熱によって引き起こされる粒子運動エネルギーの平均増加は、反応物分子のより大きな割合が、衝突して反応するのに必要な最小 温度の上昇は、反応に関与する分子のエネルギー準位の上昇を引き起こすので、反応の速度が増加する。 同様に、反応速度は温度の低下とともに減少する。

触媒の有無

触媒は、反応が起こるために必要な活性化エネルギーを低下させることによって反応速度を増加させる物質 触媒は反応中に破壊されたり変化したりしないので、再び使用することができます。 例えば、通常の条件では、H2およびO2は結合しない。 しかし、それらは触媒として作用する少量の白金の存在下で結合し、反応は急速に起こる。

反応物の性質

物質は、それらが化学変化を受ける速度が著しく異なる。 反応間の反応性の違いは、物質が溶液中にあるか固体状態の物質にあるかなど、関係する材料の異なる構造に起因する可能性がある。 別の要因は、反応物の分子内の相対的な結合強度に関係しています。 例えば、強い共有結合によって結合された原子と分子との間の反応は、弱い共有結合によって結合された原子と分子との間の反応よりも遅い速度 これは、強く結合した分子の結合を破壊するためにより多くのエネルギーが必要であるという事実によるものである。