Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式（速度論）について

質問

卒論を書くのにこれでてまどっています。式の意味は分かったのですが，
活性化エネルギー＝エネルギー障壁の高さの関係がよく分かりません。
　化学反応は温度に依存するといいますが、反応が進行するときどのような
変化が温度に依存しているのでしょうか？基本的なことが分かっていないので
教えてください。参考書をいくつか読んだのですが、あまり参考にならなかっ
たのでお願いします。

回答No.3

siegmund · ベストアンサー

物質が一応その状態にあるのですから，
とりあえずは安定しているわけですね．
つまり，窪地のようなところにいる(窪地Ａ)．
高さがエネルギー(本当は自由エネルギー)だと思ってください．
さて，離れたところにもっと低い窪地Ｂがあるとしましょう．
エネルギーが低い方に行きたがるのが大原則ですから，
窪地Ｂに行きたいのですが，
窪地Ａと窪地Ｂの間にはちょっと高いところがある．
高いところがなければ，両方が窪地になりませんね．
高いところがエネルギー障壁で，
窪地Ａからのエネルギー差をΔE としましょう．
高いところを越えなければ窪地Ｂに行けない．
さて，温度エネルギーで障壁ΔEを越えられる確率は
exp(- ΔE/RT) に比例します．
R は気体定数，Ｔは絶対温度．
この exp(- ΔE/RT) はどこかで見ましたよね！
障壁を越えれば，窪地Ｂまで勝手に転がり落ちます．
そうすると，Ｔが大きい方が窪地Ｂへ移りやすいですか？
それともそ，Ｔが小さい方？
わかりますよね．
で，反応速度はどうなります？

ついでに，上のたとえで触媒の説明もしましょう．
触媒は窪地Ａと窪地Ｂの高さは変えませんが，
障壁に切り通し(あるいはトンネル)をつくって，
ΔE の高さを低くします．
そうすると，exp(- ΔE/kT) はどう変化します？
反応速度はどう変化します？

なお，物理の方では確率因子を exp(- ΔE/kT)
(k はボルツマン定数)の形に書くことが普通です．
両者ではΔE の定義が違い，
exp(- ΔE/RT) のときはモル当たり
exp(- ΔE/kT) のときは１分子当たりです．
実際，R=Nk (N はアボガドロ数) ですからＯＫですね．

お礼

このことが一番知りたかったことです。だから温度が高いと反応がよく進む
ということがよく分かりました。ありがとうがざいました。

回答No.2

atsu4

非常に大雑把なイメージで、次のように考えると
分かりやすいのでないか、と思います。

化学反応が進行するためには、反応物のある部分の化学結合が
切断されて、別の化学結合が形成されて生成物となる。
その化学結合を切断するには、エネルギーが必要。
温度が高くなると、その反応物が持つ熱エネルギーが
大きくなるから、反応が進行しやすい。

活性化エネルギーは、化学結合を切断するのに必要なエネルギーで、
そのエネルギーより大きなエネルギーを反応物の分子が持つと、
化学結合が切断されて（エネルギー障壁高さを超えて）、
反応が進行する。

ということで、良いでしょうか？

お礼

活性化エネルギーの意味がわかりました。参考書ではイメージが湧かなかったので苦労していました。ありがとうざいます。

回答No.1

Take_chan

その反応を起こすために一時的に
高いエネルギー状態（無理がある状態）になってからでないと
反応が進まないということで、活性化エネルギーというのは、
どれくらい無理な状態かということです。

人だって、そのまま飛び上がれないから、反動をつけたりしますよね。
それと同じようなものだと思って下さい。

反応速度のことを言ってるのかな？
温度が高いということは分子運動が活発になりますよね？そうなると反応速度はどうなると思います？また、発熱を伴う反応の場合、系内の温度が上がっていくので、どうなるでしょう？

参考URL：

http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v2n2/kashida/chapter1/sec1/c111.htm

お礼

反応速度のこともよくわかっていませんでした。教えていただいたホームぺージ大変参考になりました。ありがとうざいました。