3原色

物理化学II
化学反応速度(1)
•化学反応速度とは
•反応速度の測定法
•反応速度式と反応次数
フェノールフタレインの構造変化
3本のNaOH水溶液に
フェノールフタレイン溶液を一滴垂らす
フェノールフタレイン
M(モーラ­)
mol/Lのこと
1 M 2 M
5M
フェノールフタレインの構造変化
3本のNaOH水溶液に
フェノールフタレイン溶液を一滴垂らす
1 M 2 M
5M
pHとフェノールフタレインの色
フェノールフタレイン（pH指示薬）
pH 0­8.2
無色
pH 8.2-12.0
ピンク
pH >12.0
無色
フェノールフタレインの構造変化
pH 8.2-12.0
なぜピンク色に見えるのか
（補色を吸収しているから）
補色＝円の反対側の色
フェノールフタレインの構造変化
pH 8.2-12.0
フェノールフタレイン
は緑色を吸収する
赤＋青＋緑＝白
赤＋青＝ピンク(緑がない）
色の3原色
iPhone 3gs
iPhone 4s
色の3原色
iPhone 3gs
iPhone 4s
色の3原色
iPhone 3gs
iPhone 4s
フェノールフタレインの構造変化
フェノールフタレイン（pH指示薬）
pH 0­8.2
pH 8.2-12.0
無色
pH >12.0
ピンク
無色
フェノールフタレインの構造変化
3本のNaOH水溶液に
フェノールフタレイン溶液を一滴垂らす
1 M 2 M
5M
フェノールフタレインの構造変化
瞬時にピンク色に変化
＋2OH-
ピンク色
速い
徐々に無色に変化
＋OH遅い
無色
フェノールフタレインの構造変化
＋2OH-
ピンク色
速い
＋OH遅い
水酸化物イオンが多
いほど速い
無色
化学反応速度論
速度論に関する研究の究極の
目的は、反応機構の解明であ
る。
REACTION KINETICS
Keith J. Laidler(1916-)
速度論（Kinetics）
観測された化学変化を生み出している
速度と経路を議論する。
化学反応速度とは
例：A→Pの場合
[P]
d[P]
dt
d[P]
dt
時間と共に、
速度は変化する
Time
反応速度の表現（速度式）
例：A→Pの場合
Aの減少速度
Pの生成速度
速度定数
d[A] d[P]
v=−
=
= k[A]
dt
dt
[P]
d[P]
dt
d[P]
dt
Aの濃度
時間と共に、
速度は変化する
A→2Pの場合は？
Time
化学反応速度の表現
反応物（原料の消費速度）、生成物の生成速度
例：S→2Pの場合
反応進行度ξ
nS (mol)
nP (mol)
ξ (mol)
0分後
1
0
0
1分後
0.9
0.2
0.1
ξ：反応進行度（単位はmol）
反応がどの程度進んだかを表
す尺度（変数）
量論係数
反応進行度の求め方
3A+2B+C⇄4D+2E
最初 nA,0, nB,0, nC,0 nD,0 nE,0(mol)
反応後 nA, nB, nC, nD, nE (mol)
右辺にまとめる
0=-3A-2B-C+4D+2E
ξ（単位はmol） 量論数ν
反応率α
量論数
どの成分に注目しても同じ
3A+2B+C⇄4D+2E
ξ（単位はmol）
ξ
V
濃度で表すなら (mol/L)
ξ 1 nA 1
=
= [A]
V ν A V −3
単位体積あたりの進行度
化学反応速度の表現
3A+2B+C⇄4D+2E
ξ 1 nA 1
=
= [A]
V ν A V −3
単位体積あたりの進行度
反応の時間変化（速度）を扱う
速度v：反応進行度の時間変化
v=
1 dξ 1 d[A] 1 d[A]
=
=
V dt ν A dt
−3 dt
演習１
A+2B⇄3C+D
反応速度が1.0 mol dm-3 s-1と報告されている。
各成分の生成、消滅の速度はいくらか？
化学変化の速度の測定
溶液の色が無色透明から透明な青色に変わると
同時に泡が発生する溶液反応がある。溶液中で
進行する過程の速度を測定する方法を三つ提案
しなさい。
化学変化の速度の測定
溶液が青くなった
赤と緑を吸収する物質が生成
赤または緑の吸光度を調べる
化学変化の速度の測定
泡が出た
反応により気体が発生した
密閉状態で圧力の増加を調べる
解放状態で質量の減少を調べる
化学変化の速度の測定
密閉状態で圧力の増加を調べる
化学変化の速度の測定
解放状態で質量の減少を調べる
マイセル発酵管
濃硫酸
（水分や有機物をトラップ）
適切な測定の間隔
例：A→Pの場合
滑らかな曲線が得られるように測定する
[P]
d[P]
dt
d[P]
dt
Time
反応速度の表現
例：A→Pの場合
[P]
測定点が少なすぎると・・・
d[P]
dt
0.1sec
Time
反応次数
反応速度式は予測できない
実験結果を解析して決定する
例：2A+B→Pの場合
v = k[A]2 [B]
v = k[A]2
3次反応
v = k[A]
1次反応
v = k[A][B]0.5
1.5次反応
2次反応
演習2
反応A+B→C+Dの反応速度vのAおよびBの濃度へ
の依存性は以下の表のようになる。AおよびBに関
する反応次数を求めよ。
x
y
v = k[A] [B]
[A] mol/L
[B] mol/L
v mol/L･s
1.2×10-5
4.2×10-5
6.20×10-4
2.4×10-5
8.4×10-5
2.48×10-3
4.8×10-5
8.4×10-5
4.96×10-3
反応次数について
反応A+B→C+D
v = k[A]x [B]y
両辺の対数をとると、
log v = log(k[A]x [B]y )
= log k + x log[A]+ y log[B]
log v
Bが大過剰存在する条件下で、log[A]に対して
logvをプロットすると傾きからxが決定できる
x
log k + y log[B]
log [A]
まとめ
化学反応速度
原料または生成物濃度の時間変化
反応速度は時間と共に変化する
反応速度の測定法
観察する反応の性質に注目して、原料または
生成物の増減を数値化する
正確に速度を調べるには多くの測定が必要
反応速度式・反応次数
実験結果を解析して、適切な速度式を推定
する