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2.8 : 反応速度に対する温度変化の影響

アレニウス方程式は、多くの化学反応の活性化エネルギーと速度定数 k に関連します。

Figure1

この式では、R は理想気体定数であり、その値は 8.314 J/mol・K、T は温度 (ケルビン)、E_a は活性化エネルギー (ジュール/モル)、e は定数 2.7183、A は定数になります。 これは周波数係数と呼ばれ、衝突の頻度と反応する分子の方向に関連しています。

周波数係数 A は、反応条件が反応物分子間の正しい方向の衝突にどの程度適しているかを反映します。 効果的に方向付けられた衝突の確率が増加すると、A の値が大きくなり、反応速度が速くなります。

指数項 e−Eₐ/RT は、反応速度に対する活性化エネルギーの影響を表します。 運動分子理論によれば、物質の温度は、その構成原子または分子の平均運動エネルギーの尺度です。活性化エネルギーが低いほど、適切にエネルギーを与えられた分子の割合がより多くなり、反応が速くなります。

指数項は、反応速度に対する温度の影響も表します。 温度が高いほど、活性化障壁 (E_a) を克服するのに十分なエネルギー (RT) を有する分子の割合がそれに応じて多くなります。 これにより、速度定数の値が大きくなり、それに応じて反応速度も速くなります。

反応物間の衝突中に生成物を形成するために必要な最小エネルギーは、活性化エネルギー (E_a) と呼ばれます。 必要な活性化エネルギーと、衝突する反応物分子によって提供される運動エネルギーの差は、化学反応の速度に影響を与える主な要因です。 活性化エネルギーが分子の平均運動エネルギーよりもはるかに大きい場合、反応に十分なエネルギーを持つのは高速で移動する少数の分子だけであるため、反応はゆっくりと起こります。 活性化エネルギーが分子の平均運動エネルギーよりもはるかに小さい場合、分子の大部分は十分なエネルギーを持ち、反応は急速に進行します。

反応図は、対象の反応のさまざまな特性を示すために化学反応速度論で広く使用されています。 これは、化学システムが反応を起こし、反応物が生成物に変換されるにつれてエネルギーがどのように変化するかを示します。

このテキストはから翻案されます Openstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.

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Temperature ChangeReaction RateArrhenius EquationActivation EnergyRate ConstantIdeal Gas ConstantFrequency FactorCollision FrequencyOrientation Of MoleculesEffectively Oriented CollisionsExponential TermKinetic Molecular TheoryAverage Kinetic EnergyActivation BarrierProduct Formation

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