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物質の反応速度

目次

はじめに
1.温度とエネルギー
  素粒子と反応エネルギー 
2.分子衝突と化学反応
  分子の動力学
3.マーカス理論
  溶媒中の電子移動反応
4.電極反応と電流密度
  過電圧と電流密度
5.井戸型ポテンシャルと電子移動
  量子論と反応速度
6.分子構造と反応速度
  分子構造と活性化エネルギー
・・・・・・・・・・・・

本ページは、逐次、内容を掲載する。また、複数のページにより構成されているので、目次を基点に閲覧されたい。

はじめに

<浄化プロセスと反応速度>

水浄化プロセスの可否については、熱力学的情報から、始めの状態(汚濁状況)および終わりの状況(浄化状況)を予測できる。しかし、浄化プロセスは有効な時間内に終了しなければならないことと、プロセス設計・維持管理においては、物質の移動を含めた反応速度に関する情報が必須となる。
本サイトの浄化プロセスの数量的な扱いについては、熱力学的な情報に基づく扱いが多い。この理由は、汚濁物質の化学的反応が物質移動に比べて極めて速く、反応槽の形状や攪拌などの物理的因子が律速となるからである。具体的には、中和プロセスや固液分離プロセスに代表される。
一方で、コロイドの凝集やヒ素・セレンなどの酸化還元などのプロセスでは、反応速度が問題となる。このような浄化プロセスでは、反応速度を律している因子を明確にしないと、有効な時間での処理が完了しない。
一例として、コロイドを扱う場合には、表面電荷の制御が重要となる。他ページに記載しているように、疎水コロイド粒子間には引力(静電的遠距離力)と斥力(ファンデルワールス力による近距離力)の相反する力が働き、粒子が接近して凝集する前に、越えなければならないエネルギー障壁が存在する。pHの調整あるいは凝集剤の添加等によって、この壁を壊さない限り、コロイドはいつまで経っても安定に存在することとなる。

 
<反応速度の基礎知識>

物質の反応速度の理解には、様々な視点からの理論計算と実験データ解析が必要となる。これには、統計力学、量子力学、熱力学、分光学、電気化学などの基礎知識が求められる。環境や水浄化に興味あるまたは希望する学生や初心者にとって、これらの基礎知識を学習するには労力と時間を必要とする。本ページの内容は、少なくとも理数系の高校、望ましくは大学教養課程で学習する物理・化学の知識で理解できる範囲のレベルに限定する。また、必要に応じて、本サイト内の関連する具体例を解説した他ページを参考としながら解説する。

 
<本解説の構成>

物質の反応速度過程を扱うには、古典的、半経験的、量子論的など様々なアプローチがある。これらのアプローチを系統的に解説すると、分厚いページとなり、閲覧者の興味も失せてくる。
ここで、本ページでは、教科書的な解説構成に拘ることなく、それぞれのアプローチを並列的に扱い、どの順に閲覧しても、最終的に全体概要を理解できればよい構成とする。
また、具体的な個々の浄化プロセスや物質測定法の説明の中で、本ページの記載内容を引用するので、合わせて理解されればよいと編集者は考えている(例えば、AsやSeなど)。

 
(以下、掲載準備中) 

参考文献


掲載日:2019年10月06日
更新日:

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