n進法と自己触媒反応入門

2.均一反応系

均一反応系とは、反応物分子が系内に均一に分布している理想的な反応系の一種である。 巨視的な意味では、異なる領域に大きな濃度差がなく、どの時点においても反応速度は系全体で同じである。この種の反応系では、温度以外に、反応速度にとって支配的な唯一の要因は、分子濃度とその変化である。

これに対して、不均一（不均質とも呼ばれる）反応系では、反応界面という明確な概念があり、分子反応はこの種の界面でのみ起こる。この種の系では、濃度の変化はもはや反応速度の支配的要因ではない。

実際、界面の外側では、反応物は常に初期濃度を維持し、反応速度は常にゼロである。温度以外に、界面に対して反応速度を支配する因子は、単に界面 そのものの幾何学的 特性と、その時間 的（膨張、収縮、肥厚）、空間 的（一次元、二次元、三次元）な変化である。

均質系も不均質系も理想的な数理モデルである。実際の化学反応系はもっと複雑であることが多いのですが、小規模な反応（試料量～10mgの熱分析測定など）であれば、理想化された物質移動・熱移動を仮定すれば、ほとんどの反応はこの2つの系のどちらかに帰着します。

熱分析の分野では、通常、均一な液相反応（溶液中の反応のような）は均一系 反応に分類され、多相（気相/固相、液相/固相、気相/液相、固相/固相、液相/液相）を含む反応は不均一系反応に分類されます。しかし、反応界面の概念が明確でない均一な固相反応は、均質なモデルに簡略化できる場合もある。

小規模な反応系の速度論モデルが得られたら、実際の産業応用のためにスケールアップするために、さらに物質移動と熱移動の補正を適用しなければならない。

注：ここで、「均質」および「不均質」という用語は、反応物と生成物の相状態のみを指す。材料組成が化学的に純粋な物質であるかどうかは関係ない。

一つの例として、固体の結晶化が 挙げられる。化学的な意味では「純粋」な物質であっても、結晶化した領域の相状態が非晶質領域の相状態と異なる場合、反応は不均一である。

もうひとつの例は、繊維強化樹脂の硬化である。巨視的にはさまざまな組成（樹脂、繊維など）を含む複合材料だが、より小さなスケールでは繊維の分布もそれほど均一ではないかもしれない。しかし、樹脂と繊維の相互作用を無視し、硬化反応が液状樹脂の中だけで起こると仮定すれば、均一な 反応として分類することができる。