物理化学

活性化エネルギーとアレニウス

活性化エネルギーは速度論的なエネルギー障壁です。アレニウス式は温度上昇に伴う速度の大きな増加を表します。

速度定数は $k=Ae^{-E_a/(RT)}$ に従って温度依存します。ln k 対 1/T の傾きはおよそ $-E_a/R$ です。

モデルと物理量

式は状態・実験条件・符号規約の仮定とともに読みます。代入時は単位をそろえ、結果を解釈する前に次元を確認します。

k=Ae^{-E_a/(RT)}

定義: 活性化エネルギー

E_a は反応配置へ到達する有効障壁、A は頻度因子、R は気体定数、T は絶対温度です。考える温度範囲でこれらがほぼ一定とみなします。

式中の量は対象の反応・系について定義します。標準状態量と実条件を区別し、一般式だけから機構を推定しないでください。

例: 解答例

E_a=50 kJ/mol の反応で A 一定とし、R=8.314 J/(mol·K) として k(310 K)/k(290 K) を見積もりなさい。

解答

比は $\exp[(E_a/R)(1/290-1/310)]$ ≈ exp(1.35) ≈ 3.9 です。このモデルでは20 K上昇で速度は約4倍です。

触媒は別機構で有効障壁を下げることがありますが、熱力学的平衡は変えません。単純モデルの A は衝突頻度と配向因子をまとめます。

解答例のデータから得られる結果はどれですか。

この内容に合う記述はどれですか。