反応速度、表面積、濃度の関係

質問

あるガスをある液体に作用させある物質を作りたいのですが、反応をスムーズに（なるべく早く）進行させる為には接触表面積を大きくした方が良いのでしょうか？反応ガスの濃度を高くした方が良いのでしょうか？

ガスの濃度を上げることは、濃度をそのままで表面積をどのくらい広くしたのと同じなのでしょうか？

なにか関係式みたいなものがあったら教えてください。

ちなみに反応は
　A　+　B　→　C　で
　反応速度は実験的に
　dC/dt=[A]^2[B]^2
になっています。Bの接触面積を上げるべきか？濃度を上げるべきか？
誰か教えてください。

回答No.1

easylife · ベストアンサー

aiko--さん、こんにちは！

実験式が正しければ、[A]が一定、[B]が2倍になったとき、この反応の反応速度（＝Cの生成速度）であるdC/dtは、2×2＝4倍になりますよね。
また、[A]＝一定のとき、この速度式をtで積分するとC＝k[B]^3（kは定数）となりますが、理論的には、接触面積が4倍になればこのkとdC/dtも4倍になると考えられますね。
（接触面積が4倍になれば4倍の数の気体分子が液体と反応できるわけですから、当然ですね！）
つまり、[B]を2倍にするのと、面積を4倍にするのでは、どっちがラクですか？という問題になります。

けれど普通は、[B]も面積も、両方上げたらよいのではないでしょうか？
それが難しい事情が何かあるのでしょうか？

ただ、濃度について言うと、例えば10倍とか、極端に濃度を上げるのは、あまり良くありません。
濃度が濃いのに攪拌が十分でなかったりすると、急激に反応して危険だったり、余計な副反応が起きてしまったりします。

面積を上げる方法としては、
1.よく攪拌する
2.無数の小さな穴からガスを液中へ吹き出させる
3.ガスに液中を何度も、あるいは長い時間くぐらせる
などが考えられるでしょう。

また別の方法としては、反応系の温度を上げるという方法もあります。
一般的な有機反応では、「温度を10℃上げると反応速度は2倍になる」といわれております（もちろん目安です）。
20℃だったら4倍ですね。
kは表面積だけでなく、温度の関数でもあるんですね。

速度を上げるのはいいですが、安全面に十分注意してくださいね。

お礼

ありがとうございます。
面積を2倍にすると反応速度も単純に二倍になるんですね。
濃度は実験より濃度を倍にすると二倍となるので、この反応では面積を二倍にするのと濃度を√2倍にするのは同じと言うことになるわけですね。
どうもありがとうございます。
早速実験してみます。