物理化学

反応速度と反応次数

化学反応速度論は濃度変化の速さと反応物濃度への依存を調べます。反応次数は実験で決まり、化学量論係数と常に一致するわけではありません。

速度式 v=k[A]^m[B]^n の総次数は m+n です。積分速度式は濃度と時間を結び、半減期は反応次数に依存します。

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。

t_{1/2}^{(1)}=\frac{\ln 2}{k}, \qquad t_{1/2}^{(0)}=\frac{[A]_0}{2k}

定義: 反応次数

実験速度式の指数が部分次数で、その和が総次数です。速度の単位を濃度/時間に保つため k の単位は次数で変わります。

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

一次反応で k=0.20 min⁻¹ です。半減期を求めなさい。

解答

$t_{1/2}=\ln2/k=0.693/0.20=3.47$ 分です。一次反応では初濃度に依存しません。

単一反応物の二次反応では $1/[A]-1/[A]_0=kt$ 、 $t_{1/2}=1/(k[A]_0)$ です。適切な直線プロットで次数を区別できます。

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。