よぉ、桜木建二だ。今回は「アレニウスの式」について解説していくぞ。アレニウスの式は、反応速度論という学問を勉強すると目にする公式の1つだ。この式は、化学反応が進行する速度の大小を表す指標となる反応速度定数を、簡単な計算で求めることのできるものだぞ。アレニウスの式は、工業製品の製造プロセスなどで利用される重要な式でもある。ぜひこの機会に、アレニウスの式についての理解を深めてくれ。
化学に詳しいライター通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していくぞ。
解説／桜木建二
「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。
ライター／通りすがりのペンギン船長
現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。環境中における物質の流れや変化について学習する機会があったことから、反応速度論についても深く理解している。
アレニウスの式について学ぶ前に
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アレニウスの式は、物理化学の反応速度論という学問の中で登場する式です。反応速度論は、化学反応の速さについて数式などを用いて定量的に考察する学問ですよ。そして、アレニウスの式は、反応速度論の中でも発展的な内容となっています。
それゆえ、アレニウスの式について学習する前に、反応速度論における基本的な用語の意味や概念を理解しておく必要がありますよ。以下では、なぜ反応速度論という学問が存在するのかということを説明します。そして、反応速度・活性化エネルギーという2つのおさえておくべき重要な概念を中心に解説をしていきますね、
桜木建二
アレニウスの式は、反応速度論の中で登場する式だぞ。
なぜ反応速度を考えるのか？
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そもそも反応速度論という学問が存在し、発展してきたのはなぜでしょうか。それは、計算によって化学反応の速さを予測することができると非常に役立つという場面が多いからです。特に、製品製造や材料設計のプロセスで反応速度論は活躍しています。
例えば、プラスチック用の瞬間接着剤の固まる速度をコントロールするためには、反応速度論の知識が必要ですよ。固まるのが遅すぎたり、極端に速くなったりということがないように、接着剤の成分を決定しているのです。また、接着後の劣化(強度が低下するなど)に至るまでの時間などを予測するという場合にも、反応速度論の考え方が役に立ちます。
このように、接着剤の製造だけであっても、反応速度論という学問がいかに役に立っているかということを実感することができますよね。反応速度論は、以上のような分野だけでなく、環境学やプラント設計などでも利用されていますよ。人間の体内で生じている化学反応にも、反応速度論は適応可能です。
桜木建二
反応速度論は、様々な分野で役に立っており、実用性が非常に高いぞ。
反応速度定数について
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ここでは、反応速度の大小を表す指標になる反応速度定数について解説していきます。例として、反応物AおよびBから、生成物CおよびDが生じるという化学反応(aA+bB→cC+dD)について考えてみましょう。また、a、b、c、dは係数です。
一般的に、この化学反応の反応速度vは、v=k[A]n[B]mと表すことができると知られています。[A]は物質Aの濃度、[B]は物質Bの濃度を表していますよ。この式の比例定数kの値のことを、反応速度定数といいます。反応速度定数kが大きいほど、反応速度vは大きくなりますよ。反応速度定数kの単位は、反応速度vの式の形によって異なります。
反応速度定数kは、同一温度条件において各反応に固有な値をとりますよ。ただし、温度条件が変化すると、反応速度定数の値も変化します。この点は勘違いしやすい部分なので、注意が必要です。
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