反応次数

反応次数はどういうものですか。公式はあるのですか。

No.2 ベストアンサー 回答者： c80s3xxx 回答日時： 2005/07/21 22:32

ある反応の速度が，反応する成分の n 乗に比例するとき，n次反応といいます．

たとえば，v = k [A] なら1次反応，v = k [A]^3 なら3次反応．
また，複数のものの濃度に関係するときは，たとえば v = k [A] [B]^2 であれば，A について1次，B について2次，全体では3次の反応といいます．

これらの指数は実験して測定してみない限り，一般にはわかりません．またこのような表式で示せない反応もいくらでもあります．その場合は次数は定義のしようがありません．

No.4 回答者： doc_sunday 回答日時： 2005/07/22 12:24

＃２、＃３に丁寧な説明があるので、追加だけ。

１.反応の次数の決定法は＃２にあるように「測定してみないと」分かりません。
しかし、ひとたび反応速度が何の濃度の何次に比例しているかがおおよそ分かると、あるいは次数は不明でも何の濃度に比例しているかが分かると、精密な測定のために色々な方法があります。
よく使われる方法は例えばＡとＢとの反応でＣが出来るＡとＢにそれぞれ一次の反応のとき、それぞれの濃度を[Ａ]、[Ｂ]、[Ｃ]であらわすと。
d[Ｃ]/dt=ｖ=ｋ[Ａ]*[Ｂ]=-d[Ａ]/dt=-d[Ｂ]/dt
(Ｃの増加はＡとＢの減少なのでマイナスが付いてます)
という「方程式」になりますが、これをこのまま解くのが面倒なので、例えばＢをＡの百倍くらい濃くしてしまいます。すると反応の初期ではＢの変化はほとんど速度に影響してこないので、Ａの減少か出来ればＣの増加だけを測れば良いことになります。
こういう方法を「Ａの擬一次」になるといい、精密化の手助けにします。同様にＡ過剰でＢを測定することも出来ますし、三次や四次の時などは出来るだけ次数の高い原料の濃度を過剰にしたりするなど、便利に使えます。
なお、最後には全ての物質で求めた速度をつきあわせて最終的に次数の決定と精密化を行います。
２.反応時に３以上の分子が一点に集まるというのは(特に気相での分子衝突を考えたりすると)無理がありそうなのですが、「前平衡」というような現象を考えると大きな次数の反応を理解しやすくなります。
ＡとＢとＣからＤが出来るとき、
Ａ+Ｂ→Ａ-Ｂ　Ａ-Ｂ + Ｃ→Ｄ
Ａ+Ｂの反応が平衡反応だったりすると(Ａ-Ｂが観測しづらいほど少ない=短寿命、扱いづらいとか…)平衡関係
Ｋ=[Ａ-Ｂ]/{[Ａ]*[Ｂ]}　つまり[Ａ-Ｂ]=Ｋ{[Ａ]*[Ｂ]}になるので、こういう「前平衡」が多いほど反応次数は高くなってしまいます。
３.ミカエリス-メンテン型　今２.で扱ったＢを触媒、酵素(Ｅ)とすると。反応中間体が生成物Ｐを与えてＥが復活するというような反応もたくさんあります。
Ａ+Ｅ→Ａ-Ｅ→Ｐ+Ｅ
この場合「前平衡」の定数とＰへの反応速度の関係がミカエリス-メンテン型と呼ばれる反応式になります。
簡単だけど「テキスト型だと書き辛い」ので書きません。(御免なさい)
４.工業現場での反応式、
特に触媒を用いた気相の生産現場では、反応速度の次数が各原料に対して「小数」などということが平気でまかり通ります。これは反応が単一でないために使う「便宜的」方法ですが、これに会っても「びっくり仰天」しないで下さい。あくまで必要がさせる「手段」です。
長々と失礼しました。

No.3 回答者： w-palace 回答日時： 2005/07/21 22:35

化学反応には１次反応と２次反応があり、一部の例外を除き、このどちらかに当てはまります。

ここで、反応速度をv、反応速度定数をk、例えば、物質AとBの濃度をそれぞれ[A]、[B]で表すものとします。

A→Bという反応の速度式は、多くの場合、v=k[A]となり、Aの濃度に比例します。このように濃度に比例する部分が1種だけの反応を１次反応といいます。
ただし、時として、v=k[A]^2となる反応もあります。（^2は２乗を表します）この場合には2次反応（Aに対して２次の反応）といいます。濃度項が2次（2次関数とかの2次と同じ意味）だからです。

また、A + B → C という反応では、多くの場合、v=k[A]×[B]となり、これも2次反応です。2種類の物質の濃度の「積」になっているからです。

少しわかりにくかったかもしれませんが、以上が、基本的なパターンです。要するに、次数というのは濃度項の部分の次数のことで、2次の場合には、同種の物質の濃度の2乗の場合と、異なった物質の濃度の積の場合があります。

なお、ややこしい話ですが、反応に関わっている物質のすべてが反応速度に関わってくるとは限りません。

No.1 回答者： otu_otu 回答日時： 2005/07/21 21:10

高校生のときに学んだ知識ですけど、触媒などとの関連で反応次数は決まってくるのだと記憶しています。

ミクロ世界の複雑な話なので、反応次数を習い始めたばかりの頃は、厳密に考える必要はないと思います。