変化を巻き起こす：化学反応
化学反応は、物質が新しい生成物へと変化するプロセスを研究するもので、反応の種類、化学方程式のバランス取り方、反応速度に影響を与える要因などについて扱います。合成や分解といった反応では、原子が再配置され、化学方程式のバランスを取ることは質量保存則を保証し、温度などの要素が反応の速度に影響を与えるため、この知識は化学的変形を理解する上で不可欠です。
化学反応の概要
化学反応は、その種類、バランス取り方、影響を与える要因によって定義されます。以下にその概要を示します。
- 反応の種類: 合成、分解、置換反応（単独、二重）、燃焼といったカテゴリー。
- 化学方程式のバランス取り方: 両辺に同じ数の原子があるように、係数を調整すること。
- 反応速度: 反応がどのくらいの速さで起こるか。様々な要因によって影響を受ける。
- 速度に影響を与える要因: 温度、濃度、触媒、表面積など、反応速度を変化させる要素。
化学反応の例とその種類
反応の種類例
- 合成: 2H₂ + O₂ → 2H₂O (水素と酸素が水を形成します)。
- 分解: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ (水銀化合物が水と酸素に分解されます)。
- 置換反応（単独）: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu (亜鉛が硫酸銅に置換されます)。
- 置換反応（二重）: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃ (硝酸銀と塩化ナトリウムがイオンを交換します)。
- 燃焼: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (メタンが酸素と燃焼して二酸化炭素と水になります)。
化学方程式のバランス取り例
- 未バランス: H₂ + O₂ → H₂O; バランスを取ったもの: 2H₂ + O₂ → 2H₂O。
- 未バランス: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O; バランスを取ったもの: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O。
- 未バランス: Fe + O₂ → Fe₂O₃; バランスを取ったもの: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃。
反応速度の例
- **鉄の錆び（Fe + O₂ → Fe₂O₃）**は数年かけてゆっくりと起こります。
- **マッチの着火（P + O₂ → P₂O₅）**は数秒で起こります。
- 食物の消化は、数時間かけて酵素が反応を加速します。
速度に影響を与える要因の例
- 温度: Mg + O₂を加熱すると、マグネシウムの燃焼が加速されます。
- 濃度: HClの濃度が高いほど、Mg + HCl → MgCl₂ + H₂が加速されます。
- 触媒: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂に触媒を加えると、分解速度が上がります。
- 表面積: 粉末状のZnがHClと反応すると、Znブロックよりも速く反応します。