化学反応速度をシミュレーターで解説(2)！[化学入門]

2022-05-27　 反応速度

前回記事で、「化学反応速度」「化学平衡」について解説しました。

今回はこの化学反応速度について、もう少し複雑な場合を詳しく解説します。

おさらい：化学反応について

化学反応とは「ある分子/原子から、ある分子/原子から推移する反応」です。例えば酸素でいうと↓のように、結合されていたものが分解することも化学反応の一種です。

化学反応には「反応速度」がある

反応速度

原子/分子が化学反応で変化していくときに「化学反応速度」というものが考えれれます。
化学反応の中には一瞬で終わるものもあれば、何時間もかけて進むものもあります。

今、↓のような化学反応を考えます。AからBに変化する化学反応です。

このような化学反応に対して、化学では反応速度を↓のようなグラフで表します。これは「横軸 = 時間」「縦軸 = 対象原子/分子の濃度」で表したグラフです。赤が変化前のA、青が変化後のBの濃度になります。このように少しずつAからBに変化していくわけです。

このグラフを見れば、時間あたりの反応速度が分かります。曲線の傾きが大きい最初ほど、反応速度が高いわけです。また、変化前分子と変化後分しの割合は↑のように真逆の濃度グラフになるんです。

おさらい：化学反応は、生成前分子の濃度で決まることが多い！

化学反応の速度ですが「生成前の分子の濃度」に比例することが多いです。式にすると↓のようになります。

[A]は「Aの濃度」、[B]は「Bの濃度」を表す化学の記号です。そして反応速度は↑の係数\(k_A[A]\),\(k_B[B]\)で決まるわけです。この\(k_A[A]\),\(k_B[B]\)が大きいほど素早く反応が進むわけです。また、化学平衡の条件を考えると↓のように計算ができます。

つまり、BとAの比率は、化学反応速度係数の\(k_A\),\(k_B\)の比率で決まるわけです！

もう少し複雑な場合の化学反応式

↑ではAとBの単純な反応でしたが、実際にはもう少し複雑なが反応になります。その例が↓のような反応です。

これはAとBがペアになって、ABになるという化学式です。このような式になると、反応速度は↓のように少し複雑になります（このような式にならないものも有り）

実は「A + B ⇒ AB」の反応速度は「Aの濃度」と「Bの濃度」の積に比例するんです！「反応前野登場人物が２つになったので、反応速度はその濃度の積になる」というとこがポイントです。

反応速度が積になるイメージ

それではなぜ、反応速度はAとBの積になるのでしょうか。それは「AとBが衝突するときに反応が起こる」という考え方をとると分かり易いです。

今赤のAの目線で「Bと衝突できる回数」を考えます。このとき、Bの数が少ないのでなかなか衝突することが出来ません。

そこでBの濃度を2倍にすると、衝突できる可能性が単純に2倍に増えそうですよね。

また、Aの濃度を2倍にすると、、、衝突する側の機会も2倍に増えそうですよね。

そう考えると2×2=4倍と、積の比例になるんです！
実際はもうちょっと複雑な計算になるはずですが、、、、単純には濃度の積で計算できると考えられるのです！

化学反応速度・化学平衡をシミュレーターを用いて確認しよう！

それでは具体的な化学反応速度・化学平衡をシミュレーターで確認してみましょう！今回は↑で解説してきたように「A + B ⇒ AB 」の化学反応という反応について考えていきます。

シミュレーター結果の考察

シミュレーターでAとBの数を変えると↓のように、片方を2倍にするだけでも紫で示すABのグラフが2倍ぐらいに増えるのがわかると思います。衝突機会はAとBの濃度の積で決まるわけです！

A10個,B10個

A20個,B10個

　

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