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大学Chapter 1412

反応速度と活性化エネルギー

反応が速いか遅いかは「壁の高さ」で決まる。温度を上げると速くなるのは「壁を越えられる粒子が増える」から。

#反応速度#アレニウス#活性化エネルギー#触媒#速度定数

つまり「反応するには壁を越える必要がある」

反応物 → 遷移状態(エネルギーが最も高い点)→ 生成物

この遷移状態のエネルギーの壁 = 活性化エネルギー Ea

壁が低いほど反応しやすい。


速度式

v=k[A]m[B]nv = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n

k = 速度定数(温度依存)

m、n = 反応次数(実験で決める)


アレニウス式

k=AeEa/RTk = A \cdot e^{-E_a/RT}

温度Tが上がる → e^(−Ea/RT) が大きくなる → k が大きくなる → 速くなる

温度を10°C上げると反応速度が約2倍になる(目安)。


触媒のしくみ

触媒 = 別の反応経路を提供 → 活性化エネルギーを下げる

  • ΔH(反応熱)は変えない
  • 平衡は動かさない
  • 消費されない

💡豆知識

牛乳を冷蔵庫に入れると数日もつが、常温に置くと数時間で腐る。これはアレニウス式で説明できる。温度が10°C 上がると反応速度は約2〜4倍になる(Q₁₀ 則)。冷蔵庫(4°C)と室温(24°C)では温度差が20°C あるので、反応速度は約4〜16倍違う。「腐る」という化学反応も速度論に従っている。

よく間違えるところ

触媒は平衡も反応熱も変えない。Ea を下げるだけ。これは反応速度論(kinetics)と熱力学(thermodynamics)の違いを示す。「触媒があれば不可能な反応も進む」という誤解をしないこと。熱力学的に不可能な反応は触媒があっても起きない。

重要ポイント

まとめ

  • v = k[A]^m(速度式)
  • アレニウス式:k = Ae^(-Ea/RT)
  • 触媒:Eaを下げる・ΔHは変えない
  • 温度10°C上昇 → 反応速度約2倍(目安)

まとめ

  • v = k[A]^m(速度式)
  • アレニウス式:k = Ae^(-Ea/RT)
  • 触媒:Eaを下げる・ΔHは変えない
  • 触媒は平衡を動かさない(速度だけ)

// quiz

確認問題

Q1.活性化エネルギーとは何か?

Q2.触媒の効果として正しいものはどれか?

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酸・塩基とpH

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