化学反応と触媒

１. 化学反応

1-1. 生物と化学反応

地球上の生物の体では、
多くの化学反応が
行われています。

化学反応というのは、
ある物質が、それとは別の物質に
変化することです。

例えば、 紙を空気中で燃やすと
二酸化炭素が発生します。

これは、

紙に含まれる炭素という物質が
空気中の酸素と結びついて
二酸化炭素に変化する

という化学反応の
結果なのです

一見すると化学反応は、

生物のもつ生々しさとは
少し距離がある現象に思える
かもしれません。

ですが、化学反応は、
生物が生きて活動することを
支えている土台なのです。

例えば、
私達が食事をすると、

食べたものは
消化管内で消化されます。

消化の過程では、
食物に含まれる物質の分解が
活発に行われています。

食物に含まれる物質の多くは、
消化管内で分解されることによって
はじめて、

血液中へと吸収することが
可能になるのです。

このように化学反応は、
生物が生きる上で
とても重要な役割を担っています。
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1-2. 化学反応と温度の関係

化学反応は、

反応が行われる場の温度が 
高くなるほど促進されます。

“化学反応が促進する”というのは、
どういう事なのかを、
模式図を用いて説明しましょう。

物質Ａが物質Ｂに変化する
化学反応があるとします。

下図のように、
同じ量の物質Ａが含まれる環境を
３つ想定しましょう。
※個々の物質Ａを白い丸で表現しています。

これらの環境を、
それぞれ、
・高温
・低温
・それらの中間の温度
の状態にします(下図)。

各環境で同じ時間が経過していくとき、
化学反応の進み方にどのような
違いが出るかを描いてみましょう(下図)。
※物質Ｂを黒い丸で表現しています。

このように、
温度が高いほど、

”一定の時間内に化学反応を起こす
物質Ａの量が増える”

のです。
(一定の時間内に化学反応で生じる
物質Ｂの量が増えるとも言えます。)

この現象のことを、
”化学反応が促進する”と
表現します。

宜しいでしょうか？

では、記事の前半(化学反応)の
最重要ポイントを確認しましょう。
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　※解答：高く

２. 触媒

触媒(しょくばい)というのは、　　　　　　　

化学反応を促進し、それ自身は
反応の前後で変化しない物質

のことです。

触媒の特徴を解説するために、

触媒に関するテスト問題で
出題されやすい、

過酸化水素(かさんかすいそ)

という物質を
取り上げてみましましょう。

過酸化水素は
Ｈ_２Ｏ_２という化学式で
表される物質で、

水と酸素に分解する性質

を持っています。

この分解を
化学反応式で書くと、

２Ｈ_２Ｏ_２　→　２Ｈ_２Ｏ　＋　Ｏ_２

※Ｈ_２Ｏ：水、Ｏ_２：酸素

となります。

過酸化水素は、一般に、
水に溶かした過酸化水素水の状態で
扱われます。

実験的に、
過酸化水素水を室温(２５℃程度)の
室内に放置してみましょう。

すると、過酸化水素の、
水と酸素への分解が
とてもゆっくりと進みます。

肉眼では、
過酸化水素水には何の変化も
起きていないように見えます(下図)。

この時に過酸化水素水の中で
起きていることを模式図を用いて
描いてみましょう。

過酸化水素、および
過酸化水素の分解で生じた水と酸素を
下図のように描くことにします。

すると、室温の環境におかれた
過酸化水素水の中で起きていることは、
下図のように描くことが出来ます。

このように、
ごく一部の過酸化水素のみが
分解しているのです。

では、ここで
触媒に登場してもらいましょう。

過酸化水素の分解は、
酸化マンガン(Ⅳ)※という触媒によって
促進させることが出来ます。
※二酸化マンガンともいう。

先ほどと同様、
室温(２５℃程度)の室内に
過酸化水素水を置きます。

その過酸化水素水に、
酸化マンガン(Ⅳ)を
少しだけ加えると、

さて、ここまでで、

触媒は、化学反応を促進する

という特徴について
解説しました。

次に、

触媒は、それ自身は反応の前後で変化しない

という特徴について、
引き続き、過酸化水素水と酸化マンガン(Ⅳ)の
実験を取り上げて解説しましょう。

先ほどの実験において、

少量の酸化マンガン(Ⅳ)を加えてから
大量の気泡が発生するまでの間に
過酸化水素水の中で起きている現象を、

模式図で説明しましょう。

酸化マンガン(Ⅳ)を
黒丸で表現しています。

過酸化水素水に
酸化マンガン(Ⅳ)を
加えると(下図)、

酸化マンガン(Ⅳ)と接触した過酸化水素が、
すぐに、水と酸素に分解されます(下図)。

この時、

酸化マンガン(Ⅳ)自体は
反応の前後で変化をしておらず、

すぐに他の過酸化水素に接触して、
分解を促進することが出来るのです(下図)。

このように触媒は、
化学反応の前後で変化せずに、

何度も再利用されながら
化学反応を促進している

のです。

ここまでの解説では、
”少量の”酸化マンガン(Ⅳ)を加える
という書き方をしてきました。

触媒は、何度も使いまわされているため、
少量でも十分に化学反応が促進されるのです。

それでは次の記事から、
生物の体に見られる”触媒”である
酵素(こうそ)の話に入っていきましょう。