第12章反応速度
The Presence of a Catalyst触媒の存在
Relatively dilute aqueous solutions of hydrogen peroxide, H2O2, are commonly used as topical antiseptics. Hydrogen peroxide decomposes to yield water and oxygen gas according to the equation:
英語のヒント
過酸化水素H2O2の比較的薄い水溶液は、局所用の消毒剤として広く使われている。過酸化水素は、次の反応式に従って分解し、水と酸素ガスを生じる。
Under typical conditions, this decomposition occurs very slowly. When dilute H2O2(aq) is poured onto an open wound, however, the reaction occurs rapidly and the solution foams because of the vigorous production of oxygen gas. This dramatic difference is caused by the presence of substances within the wound’s exposed tissues that accelerate the decomposition process. Substances that function to increase the rate of a reaction are called catalysts, a topic treated in greater detail later in this chapter.
英語のヒント
通常の条件では、この分解は非常にゆっくり起こる。しかし、薄いH2O2(aq)を開いた傷口に注ぐと、反応が速く起こり、酸素ガスが盛んに発生して溶液が泡立つ。この著しい違いは、傷口の露出した組織内に、分解を速める物質があるためである。反応速度を上げる働きをする物質を触媒と呼ぶ。触媒については、この章の後半で詳しく扱う。
Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ
The rate of a chemical reaction is affected by several parameters. Reactions involving two phases proceed more rapidly when there is greater surface area contact. If temperature or reactant concentration is increased, the rate of a given reaction generally increases as well. A catalyst can increase the rate of a reaction by providing an alternative pathway with a lower activation energy.
化学反応の速度は、いくつかの変数に影響される。二つの相が関与する反応は、接触する表面積が大きいほど速く進む。温度や反応物濃度が上がると、その反応の速度も一般に上がる。触媒は、活性化エネルギーの低い別の経路を与えることによって、反応を速められる。
Chemistry End of Chapter Exercises章末の化学演習
Exercises 7–11練習問題 7–11
Exercise 7問題 7
Describe the effect of each of the following on the rate of the reaction of magnesium metal with a solution of hydrochloric acid: the molarity of the hydrochloric acid, the temperature of the solution, and the size of the pieces of magnesium.
金属マグネシウムと塩酸の反応速度に、次の各要因が与える影響を述べなさい：塩酸のモル濃度、溶液の温度、マグネシウム片の大きさ。
Solution解き方
Higher molarity increases the rate of the reaction. Higher temperature increases the rate of the reaction. Smaller pieces of magnesium metal will react more rapidly than larger pieces because more reactive surface exists.
モル濃度が高いほど、反応速度は大きくなる。温度が高いほど、反応速度は大きくなる。小さな金属マグネシウム片は、反応する表面がより多いため、大きな片より速く反応する。
Exercise 8問題 8
Explain why an egg cooks more slowly in boiling water in Denver than in New York City. (Hint: Consider the effect of temperature on reaction rate and the effect of pressure on boiling point.)
沸騰水で卵を調理すると、ニューヨーク市よりデンバーのほうが時間がかかる理由を説明しなさい。（ヒント：温度が反応速度に与える影響と、圧力が沸点に与える影響を考えなさい。）
Exercise 9問題 9
Go to the PhET Reactions & Rates interactive. Use the Single Collision tab to represent how the collision between monatomic oxygen (O) and carbon monoxide (CO) results in the breaking of one bond and the formation of another. Pull back on the red plunger to release the atom and observe the results. Then, click on “Reload Launcher” and change to “Angled shot” to see the difference.
PhETの「Reactions & Rates」を開きなさい。「Single Collision」タブを使い、単原子の酸素（O）と一酸化炭素（CO）の衝突が、一つの結合の切断と別の結合の形成を引き起こす様子を表しなさい。赤いプランジャーを引いて原子を発射し、結果を観察する。次に「Reload Launcher」をクリックして「Angled shot」に変え、違いを確かめなさい。
(a) What happens when the angle of the collision is changed?
(a) 衝突の角度を変えると、何が起こるか。
(b) Explain how this is relevant to rate of reaction.
(b) これが反応速度とどう関係するか説明しなさい。
Solution解き方
(a) Depending on the angle selected, the atom may take a long time to collide with the molecule and, when a collision does occur, it may not result in the breaking of the bond and the forming of the other. (b) Particles of reactant must come into contact with each other before they can react.
(a) 選んだ角度によっては、原子が分子に衝突するまで長い時間がかかり、衝突しても結合の切断と別の結合の形成にはつながらない場合がある。(b) 反応物の粒子は、反応する前に互いに接触しなければならない。
Exercise 10問題 10
In the PhET Reactions & Rates interactive, use the “Many Collisions” tab to observe how multiple atoms and molecules interact under varying conditions. Select a molecule to pump into the chamber. Set the initial temperature and select the current amounts of each reactant. Select “Show bonds” under Options. How is the rate of the reaction affected by concentration and temperature?
PhETの「Reactions & Rates」の「Many Collisions」タブで、条件を変えたとき複数の原子や分子がどう相互作用するか観察しなさい。容器へ送り込む分子を選ぶ。初期温度を設定し、各反応物の現在の量を選ぶ。「Options」で「Show bonds」を選択する。濃度と温度は反応速度にどう影響するか。
Exercise 11問題 11
In the PhET Reactions & Rates interactive, on the Many Collisions tab, set up a simulation with 15 molecules of A and 10 molecules of BC. Select “Show Bonds” under Options.
PhETの「Reactions & Rates」の「Many Collisions」タブで、Aを15分子、BCを10分子に設定しなさい。「Options」で「Show Bonds」を選択する。
(a) Leave the Initial Temperature at the default setting. Observe the reaction. Is the rate of reaction fast or slow?
(a) 初期温度は既定の設定のままにする。反応を観察しなさい。反応速度は速いか、遅いか。
(b) Click “Pause” and then “Reset All,” and then enter 15 molecules of A and 10 molecules of BC once again. Select “Show Bonds” under Options. This time, increase the initial temperature until, on the graph, the total average energy line is completely above the potential energy curve. Describe what happens to the reaction.
(b) 「Pause」、次に「Reset All」をクリックし、再びAを15分子、BCを10分子と入力する。「Options」で「Show Bonds」を選択する。今度は、グラフの全平均エネルギーの線がポテンシャルエネルギー曲線より完全に上になるまで、初期温度を上げる。反応に何が起こるか述べなさい。
Solution解き方
(a) very slow; (b) As the temperature is increased, the reaction proceeds at a faster rate. The amount of reactants decreases, and the amount of products increases. After a while, there is a roughly equal amount of BC, AB, and C in the mixture and a slight excess of A.
(a) 非常に遅い。(b) 温度を上げると、反応はより速く進む。反応物の量が減り、生成物の量が増える。しばらくすると、混合物中のBC、AB、Cはほぼ同じ量になり、Aが少し多く残る。
catalyst
触媒
substance that increases the rate of a reaction without itself being consumed by the reaction
自らは反応で消費されずに、反応速度を上げる物質。