科学のことで温度を上げると反応速度が速くなる理由を『分子の熱運動（分子運動）、活性化エネルギー』

科学のことで

温度を上げると反応速度が速くなる理由を『分子の熱運動（分子運動）、活性化エネルギー』の語句を用いて説明お願いします

質問者からの補足コメント

• 誰かお願いします

    補足日時：2016/02/29 01:29

No.2 回答者： drmuraberg 回答日時： 2016/03/01 10:55

＜温度を上げると反応速度が速くなる理由を『分子の熱運動（分子運動）、

活性化エネルギ』の語句を用いて説明お願いします＞
できるだけ数式を使わずに説明にトライしてみます。

分子Ａと分子Ｂが反応して分子Ｃになる化学反応を考えてみます。

分子Ａと分子Ｂが反応するためには、まず双方が出会わなければなりません。
この出会いを化学では衝突するといいます。

衝突した分子同士が必ず反応するとは限りません。反応するにはそれ相応の
条件が必要です。
衝突する時に勢いがあり、反応に抵抗するこだわりに打勝たなければなりません。
衝突の勢いとは分子の速さ、つまり熱運動の勢いです。
こだわりは動機付けのために打勝たなければならない障壁です。
人間の例では、軽い接触では何も起りませんが、激しい衝突では何かが起ります。
ごめんなさい！で済むか、ごめんで済むなら警察はいらない！の差です。
動機付けは、例えば相手がいけ面か、容貌魁偉（最近はブスとかダサイと言うらしい）
かです。後者なら障壁は高くなります。

上の要因を考慮すると、反応の速さはまず次の様に表わせます。

反応の速さ　=　衝突の起り易さｘ分子の速さｘ障壁の高さを越す確率

衝突の起り易さとは何でしょうか？
１）まず分子の大きさが関係してきます。大きい分子同士の方が衝突し易くなります。
　それで、２つの分子の全面の大きさ（投影面積）を考えて、これを衝突断面積と
　言います。（衝突断面積は分子の形状（大きさ）だけで決まり運動（温度）には
　関係しません。）
２）分子の数が関係してきます。
　観察している空間（体積）内での分子Ａと分子Ｂの数（濃度）によります。
　人混みが激しいほど、接触し易い。（温度には関係しない。）

それで、
衝突の起り易さ=　衝突断面積ｘ【分子Ａ数（濃度）】ｘ【分子Ｂ数（濃度）】
となります。

問題は「障壁の高さを越す確率」です。
障壁の高さは「活性化エネルギ」と呼ばれます。言い換えれば、あなたを励まして
嫌な物理化学と云う障壁を越すために必要なエネルギです。
分子がこのエネルギＥを得る確率は、統計力学のボルツマン因子に比例します。
ボルツマン因子は exp(-E/kT) と表わされます。ここでｋはボルツマン定数、Ｔは
絶対温度です。

そうすると
反応の速さ　=　衝突断面積ｘ【分子Ａ数（濃度）】ｘ【分子Ｂ数（濃度）】ｘ分子の速さ
　　　　　　　　　　ｘ　（確率の規格化定数）ｘ exp(-E/kT)
となります。

この式は、普通
反応の速さ　=　衝突断面積ｘ分子の速さｘ【Ａ濃度】ｘ【Ｂ濃度】ｘ(確率の規格化
定数)ｘ exp(-E/kT)
と書かれます。

この式を見ると、反応の速さは「分子の速さ」に比例して増加し、活性化エネルギＥが
大きいほど低く、温度Ｔが高いほど大きくなります。
分子の速さも温度の上昇に応じで大きくなります（熱運動が活発になる）。

しかし、分子の速さの温度依存性を無視して考えたものを「反応速度に付いての
アレニウスの式」といいます。

最後の反応の速さの式から、説明を始めれば十分と思います。

ボルツマン因子の導出、アレニウスの式の導出に付いては以前の回答を見てください。
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9191103.html
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9193293.html
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9193664.html

No.1 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/02/29 09:19

2年ほど前にyahoo知恵袋に投稿された質問のポピペだな！