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化学反応の反応時間についての疑問
- 化学反応の反応時間についての疑問について説明します。
- 不可逆反応の例として、AとBの水溶液が反応して気体ABが発生し、大気中に放出される場合を考えます。
- 2%のA水溶液と2%のB水溶液を混合すると30分で反応が終了するとし、次に2つの実験を行った場合について考えます。
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＞次に②は調べたところ"濃度が高いほど、分子同士の衝突回数が増え反応が促進される"という記述が見つかったので30分より長くなりそうだと思えました。 これは反応「速度」のことを言っています。 濃度が半分なら、反応が全て完結するまでに必要な反応の数（何個の分子が反応する必要があるか）も半分なので、速度が遅い＝時間が掛かるにはなりませんね。 実生活でも、短距離なら、遅い速度で移動してもスグに到着できますよね。
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- hiro_1116
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No.5です。 ＞⓪も②も最終的に反応しなければならない物質量はA,B 2gずつだが、②は⓪の2倍の広さの中で相手分子を探さなければならないため⓪より時間がかかるはずだ。という理屈があり、 それは、②の方が「時間が掛かる」ではなくて、②の方が「初期速度が小さい」です。 既に質問者様も書かれていますが、⓪も時間が経過して濃度が半分に下がった時点では②と同じ状況（単位体積当たりの反応速度が同じ）になります。 ②は、「⓪の濃度が半分になるまでに掛かる時間」だけ短い時間で完結することになりますね。
お礼
長々とお付き合い頂きどうもありがとうございました。 私の中で『反応が終了する』に対する認識がぶれていたことが原因だったようです。
- Kenkoutaro
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②は、反応の初速度は遅いが、反応物が少ないため、結果的に時間が短い。 と考えてよさそうですが、どうでしょう？
補足
どうもありがとうございます。 >②は、反応の初速度は遅いが、反応物が少ないため、結果的に時間が短い。 それも正しいように思えます。 一方で、最初の反応（⓪）と②は反応物の量は A,B 2gずつでどちらも同じ。それが計 200g の溶液中で相手を見つけるか（⓪）、計 400g の溶液中で相手を見つけるか（②）なので②のほうが時間がかかるとも感じてこんがらがっています。
- hiro_1116
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＞>初期速度としては、希釈すれば当然低下しますから、初期速度は異なります。 ＞とすると希釈した場合は反応時間は30分より長くなりませんか？ 初期濃度も低いのですよ。
補足
どうもありがとうございます。 なんとなく自分がどこで混乱しているかわかってきました。 私の中には、 ②は⓪と比べると200gあたりの反応速度は遅くなるが、容量は２ばいになっているため、トータルでの時間あたりの反応量は多くなる。という理屈と、 ⓪も②も最終的に反応しなければならない物質量はA,B 2gずつだが、②は⓪の2倍の広さの中で相手分子を探さなければならないため⓪より時間がかかるはずだ。という理屈があり、どちらも正しそうと感じてしまうのです。 ただどうも後者の理屈は誤りということでしょうか？ 直感的には場所を渋谷駅前と決めて待ち合わせするのと、日本と決め手待ち合わせするのでは後者のほうが時間がかかりそうな気がするのですが。
- hiro_1116
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＞つまり実験⓪でA,B水溶液を混ぜた直後に水200gを加えて希釈すると②と同じ状況になると思いますが、これによっても反応時間が短くなる（反応速度（単位時間に反応する分子の数）が増える）ということでいいですか？ 反応速度は反応物の濃度に応じて刻々と変わりますので、どの時点で比較するかを明確にして考えると良いと思います。 初期速度としては、希釈すれば当然低下しますから、初期速度は異なります。ただ、実験⓪で濃度が1/2になる時点と実験②の初期では、濃度が同じですから反応速度（単位体積で考えます）も同じです。その時、実験②は実験⓪の２倍の体積があるので、系全体を見たときに単位時間に反応する分子数は②の方が２倍大きい値ですね。
補足
どうもありがとうございます。 >初期速度としては、希釈すれば当然低下しますから、初期速度は異なります。 とすると希釈した場合は反応時間は30分より長くなりませんか？
- hiro_1116
- ベストアンサー率30% (2555/8267)
No.2です。 ＞A. 反応は液を等分して並列化しても反応時間はかわらない。 ＞B. 反応速度は濃度が薄くなるほど遅くなる。 ＞のどちらかの仮定が間違っていると思うのですがどちらが間違っているのでしょうか？ → どちらも正しいです ＞また①と②の反応時間は30分と比べてどうなるかもお聞きしたいです。 → ①＝30分、②＝30分より早い 系内の物質量(総量)と濃度、反応速度がゴッチャになっているのだと思います。 2%から出発しても時間とともに濃度が下がり、1%に到達した時点では、1%で実験したときの初期速度と同じ反応速度になりますね。「②の反応は①の反応の途中経過で現れる状態と同じ」という考え方は合っています。
補足
どうもありがとうございます。 つまり実験⓪でA,B水溶液を混ぜた直後に水200gを加えて希釈すると②と同じ状況になると思いますが、これによっても反応時間が短くなる（反応速度（単位時間に反応する分子の数）が増える）ということでいいですか？
- hiro_1116
- ベストアンサー率30% (2555/8267)
No.1です。補足を拝見しました。 今度は ＞まず①は混合容器を２つ用意して100gずつ混ぜて並列で反応させているのと同じと考えれば同じく30分で反応し終わるはずです。 と同じように考えないのですか？
補足
どうもありがとうございます。 そのように考えると逆の結論がでることから「こんがらがっている」という質問です。 おそらく、 A. 反応は液を等分して並列化しても反応時間はかわらない。 B. 反応速度は濃度が薄くなるほど遅くなる。 のどちらかの仮定が間違っていると思うのですがどちらが間違っているのでしょうか？ また①と②の反応時間は30分と比べてどうなるかもお聞きしたいです。
補足
どうもありがとうございます。 ②の実験は最初の実験（⓪）に比べ濃度は半分ですが液量が2倍あるため必要な反応の数は同じではないでしょうか？ ⓪ではA,Bそれぞれ2g分の分子が計200gの溶液中で相手を探せばよかったのに対し、②では同じく2g分の分子が計400gの溶液中で相手を探さなければならないため、②は30分より長い時間がかかると思っています。