濃度は反応速度にどのように影響しますか?

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著者: Monica Porter
作成日: 21 行進 2021
更新日: 18 11月 2024
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【高校生物】第4講「酵素と反応速度」
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一般に、反応物の濃度を上げると、反応生成物を形成するために反応する分子またはイオンがより多く存在するため、反応速度が向上します。これは、濃度が低く、反応する分子またはイオンが少ない場合に特に当てはまります。濃度がすでに高い場合、濃度を上げても反応速度にほとんど影響しない限界に達することがよくあります。複数の反応物が含まれる場合、他の反応物が十分に利用できない場合、それらの1つの濃度を上げても反応速度に影響しない場合があります。全体として、濃度は反応速度に影響する1つの要因にすぎず、通常、関係は単純または線形ではありません。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

一般に、反応の速度は、反応物の濃度の変化によって直接変化します。すべての反応物の濃度が増加すると、より多くの分子またはイオンが相互作用して新しい化合物を形成し、反応速度が増加します。反応物の濃度が低下すると、その分子またはイオンがより少なくなり、反応速度が低下します。高濃度、触媒反応、単一の反応物などの特殊なケースでは、反応物の濃度を変更しても反応速度に影響しない場合があります。

反応率の変化

典型的な化学反応では、いくつかの物質が反応して新製品を形成します。物質は、気体、液体、または溶液として集められ、各反応物がどれだけ存在するかが、反応の進行速度に影響します。多くの場合、1つ以上の反応物があり、反応速度は存在する他の反応物に依存します。時々、反応速度はすべての反応物の濃度に依存し、時には触媒が存在し、反応の速度を決定するのに役立ちます。特定の状況によっては、1つの反応物の濃度を変更しても効果がない場合があります。

例えば、マグネシウムと塩酸の間の反応では、塩酸が溶解している間にマグネシウムが固体として導入されます。通常、酸は金属のマグネシウム原子と反応し、金属が食いつぶされると反応が進行します。より多くの塩酸が溶液中にあり、濃度が高くなると、より多くの塩酸イオンが金属に食い込み、反応が加速します。

同様に、炭酸カルシウムが塩酸と反応する場合、十分な炭酸カルシウムが存在する限り、酸の濃度を上げると反応速度が速くなります。炭酸カルシウムは、水と混ざるが溶解しない白い粉末です。塩酸と反応すると、可溶性塩化カルシウムを形成し、二酸化炭素が放出されます。溶液にすでに多くの炭酸カルシウムが含まれている場合、濃度を上げても反応速度に影響はありません。

時々、反応は進行する触媒に依存します。その場合、触媒の濃度を変更すると、反応が加速または減速します。たとえば、酵素は生物学的反応を加速し、その濃度は反応速度に影響します。一方、酵素がすでに完全に使用されている場合、他の材料の濃度を変更しても効果はありません。

反応率を決定する方法

化学反応は反応物を使い果たし、反応生成物を作成します。結果として、反応の速度は、反応物が消費される速さ、または生成される反応生成物の量を測定することで決定できます。反応に応じて、最もアクセスしやすく観察しやすい物質の1つを測定するのが通常最も簡単です。

たとえば、上記のマグネシウムと塩酸の反応では、反応により水素が生成され、収集して測定することができます。炭酸カルシウムと塩酸を反応させて二酸化炭素と塩化カルシウムを生成するために、二酸化炭素も収集できます。より簡単な方法は、反応容器を計量して、放出された二酸化炭素の量を判断することです。この方法で化学反応の速度を測定すると、反応物の1つの濃度を変更すると、特定のプロセスの反応速度が変化したかどうかを判断できます。