律速段階
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鉄の腐食は反応速度が低く、遅い反応である。木の燃焼は反応速度が高く、速い反応である。

反応速度(はんのうそくど、英語: reaction rate)とは化学反応反応物あるいは生成物に関する各成分量の時間変化率を表す物理量。通常、反応速度を表現する式は濃度べき関数として表現される。
反応速度の一般式

倍数比例の法則が示すように、化学反応に関与する各成分の変化量は、その間に一定の比が成り立つ従属変数であるので、特定の成分量ではなく次のような反応進行度(はんのうしんこうど)または反応進度(はんのうしんど、: extent of reaction)ξ を定義し、その時間微分で化学反応全体の進行速度を表す。

次の一般化反応式を考える:

( − ν A ) A + ( − ν B ) B + ⋯ ⟶ ν X X + ν Y Y + ⋯ {\displaystyle {\rm {(-\nu _{A})A+(-\nu _{B})B+\cdots \longrightarrow \nu _{X}X+\nu _{Y}Y+\cdots }}}

化学量数(かがくりょうすう)または化学量論係数(かがくりょうろんけいすう、: stoichiometric number)ν(ニュー)は生成系(右辺)で正、原系または反応系(左辺)で負、すなわち
ν A   < 0 , ν B   < 0 , … {\displaystyle \nu _{\mathrm {A} }\ <0,\quad \nu _{\mathrm {B} }\ <0,\dots }   ν X   > 0 , ν Y   > 0 , … {\displaystyle \nu _{\mathrm {X} }\ >0,\quad \nu _{\mathrm {Y} }\ >0,\dots } 例えば、N2 + 3H2 → 2NH3 という化学反応では、νN2 =-1、νH2 = -3、νNH3 = 2 である。

各成分の時刻 t における物質量を n <成分>,<時刻> で表すと、反応進行度 ξ は次の各成分の物質量の時間変化の式で示すことができる。

ξ = n A , 0 − n A , t − ν A = n B , 0 − n B , t − ν B = ⋯ = n X , t − n X , 0 ν X = n Y , t − n Y , 0 ν Y = ⋯ {\displaystyle {\rm {\xi ={\frac {{\mathit {n}}_{A,0}-{\mathit {n}}_{A,{\mathit {t}}}}{-\nu _{A}}}={\frac {{\mathit {n}}_{B,0}-{\mathit {n}}_{B,{\mathit {t}}}}{-\nu _{B}}}=\cdots ={\frac {{\mathit {n}}_{X,{\mathit {t}}}-{\mathit {n}}_{X,0}}{\nu _{X}}}={\frac {{\mathit {n}}_{Y,{\mathit {t}}}-{\mathit {n}}_{Y,0}}{\nu _{Y}}}=\cdots }}}

したがって反応速度 v (または、rateの頭文字をとってr )は、反応進行度あるいは各成分の物質量の時間変化で、次のように定義される。

v = d ξ d t = − 1 − ν A d n A d t = − 1 − ν B d n B d t = ⋯ = 1 ν X d n X d t = 1 ν Y d n Y d t = ⋯ {\displaystyle v={\frac {\mathrm {d} \xi }{\mathrm {d} {\mathit {t}}}}=-{\frac {1}{-\nu _{\mathrm {A} }}}{\frac {\mathrm {d} {\mathit {n}}_{\mathrm {A} }}{\mathrm {d} {\mathit {t}}}}=-{\frac {1}{-\nu _{\mathrm {B} }}}{\frac {\mathrm {d} {\mathit {n}}_{\mathrm {B} }}{\mathrm {d} {\mathit {t}}}}=\cdots ={\frac {1}{\nu _{\mathrm {X} }}}{\frac {\mathrm {d} {\mathit {n}}_{\mathrm {X} }}{\mathrm {d} {\mathit {t}}}}={\frac {1}{\nu _{\mathrm {Y} }}}{\frac {\mathrm {d} {\mathit {n}}_{\mathrm {Y} }}{\mathrm {d} {\mathit {t}}}}=\cdots }

物質量nA と容積V およびモル濃度cA との関係は c A = [ A ] = n A V {\displaystyle c_{\mathrm {A} }=[\mathrm {A} ]={\frac {n_{\mathrm {A} }}{V}}}

で表される。したがって化学反応が時間変化しない一定の容積内で進行する場合には、前述の反応速度v は物質のモル濃度変化vc で表すことができる。一般に、このvc のことをv と書くことが多い。

v c = v V = 1 V d ξ d t = − 1 − ν A ⋅ d c A d t = − 1 − ν B ⋅ d c B d t = ⋯ = 1 ν X ⋅ d c X d t = 1 ν Y ⋅ d c Y d t = ⋯ {\displaystyle {\begin{aligned}v_{\mathrm {c} }&={\frac {v}{V}}={\frac {1}{V}}{\frac {\mathrm {d} \xi }{\mathrm {d} t}}\\&=-{\frac {1}{-\nu _{\mathrm {A} }}}\cdot {\frac {\mathrm {d} c_{\mathrm {A} }}{\mathrm {d} t}}=-{\frac {1}{-\nu _{\mathrm {B} }}}\cdot {\frac {\mathrm {d} c_{\mathrm {B} }}{\mathrm {d} t}}=\cdots \\&={\frac {1}{\nu _{\mathrm {X} }}}\cdot {\frac {\mathrm {d} c_{\mathrm {X} }}{\mathrm {d} t}}={\frac {1}{\nu _{\mathrm {Y} }}}\cdot {\frac {\mathrm {d} c_{\mathrm {Y} }}{\mathrm {d} t}}=\cdots \end{aligned}}}


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