反応速度論とは？
平衡は反応がどこまで行けるかを、速度論はどれだけ速くそこへ着くかを教えます — 熱力学的には許されていても速度論で止まっている反応（ダイヤモンドが黒鉛になる、鉄が何世紀もかけて錆びる）は、化学の現実です。速度論は濃度が変わる速さを測り、その中心的対象は速度式です。速度 ＝ k[A]n。n が反応次数、k が速度定数です。サンプルでは、k = 0.01 s−1 の一次反応が [A] = 0.5 M で 5.000×10−3 M/s で進みます。
覚えるべき規則は 1 つ：次数 n は実験的な数です — 速度が濃度にどう応答するかを見て測ります。収支の合った反応式から読み取れるのは、単一段階の素反応のときだけです。
速度式：次数が意味するもの
次数は、速度が濃度にどれだけ敏感に依存するかを表します。零次：速度 ＝ k、平坦 — 飽和した触媒表面、最大限働いた酵素、光の供給など、別の理由で反応がフル稼働しており、[A] は尽きるまで直線で減ります。一次：速度 ∝ [A] — 各分子が隣人と無関係に崩壊します。放射性崩壊と大半の熱分解はここに住んでいます。二次：速度 ∝ [A]2 — 2 分子が衝突しなければならず、希釈は 2 乗で効きます。k の単位は次数で変わり（零次 M·s−1、一次 s−1、二次 M−1·s−1）、だからパネルの単位セレクターは次数ドロップダウンに追従します。正直な実験的テストは初速度法です。1 つの濃度を倍にして、速度が不変（零次）、倍（一次）、4 倍（二次）になるかを見ます。
積分速度式：減衰の形
微分速度式は傾きを記述し、積分速度式はそれを実際の [A] 対時間の曲線に積分します。一次は純粋な指数関数です。サンプルは 1.0 M、k = 0.01 s−1 で始まり、t = 100 s 後には e−1 ＝ 0.3679 M（36.79% 残存）を保ちます。これは次数を測定する古典的な実験の技法でもあります。ln[A] 対 t、1/[A] 対 t、[A] 対 t をプロットし、直線になるものが次数を宣言します（それぞれ一次、二次、零次）。
半減期：一定か、そうでないか
濃度に依存しない半減期を持つのは一次反応だけです。t½ = ln2/k — サンプルの k = 0.01 s−1 は、残りがどれだけ多くても 69.31 s を与えます。零次：t½ = [A]0/2k は供給が減るにつれ縮みます。二次：t½ = 1/(k[A]0) は濃度が下がるほど伸びます — 希釈は二次反応の結末を引き延ばします。一次の半減期が一定なことこそが、放射性年代測定が機能する理由です。その物語は核化学ページで続きます。
アレニウス：温度の指数レバー
速度定数は定数ではありません — 温度に降伏します。k = A·e−Ea/RT。活性化エネルギー Ea は、分子が反応できるようになる前に登らなければならない丘で、登り切る割合は e−Ea/RT にスケールし、A（頻度因子、正しい向きの衝突がどれだけ頻繁に起きるかの概略）が天井を決めます。数値は劇的です。Ea = 50 kJ/mol、300 K では Ea/RT ≈ 20 で、試みのうち成功するのは約 109 分の 2 — それでもサンプルは k ≈ 19.7 s−1 を出します。A = 1010 s−1 が掛け戻すからです。この敏感さが「10 °C の昇温で典型反応の速度がおよそ倍」という有名な経験則で、冷凍庫で食品が保ち、温かい台所で牛乳が傷む理由です。
よくある誤解
- 次数は反応式の係数から来る。素の単一段階反応だけです。複合反応では、[A] を倍にして速度を見るのが唯一の正直なテストです。
- 触媒は平衡を移動させる。Ea を下げ、正逆を等しく速めます — 平衡はより早く、まったく同じ場所に到達します（化学平衡を参照）。
- k が大きいほど生成物が多い。k は速度、K は程度です。速い反応は不完全なまま終わることができ、遅い反応は強く生成物側に傾けられます。
- 一次の半減期は持っている量に依存する。依存しない唯一の次数です — サンプルでは 1 M からでも 0.001 M からでも 69.31 s です。
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