
N
2

O
5

→
N
2

O
3

+
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{5}\rightarrow N_{2}O_{3}+O_{2}}
  ・・・・(1)
N
2

O
3

→
N
O
+
N
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{3}\rightarrow NO+NO_{2}}
   ・・・・(2)
N
2

O
5

+
N
O
→
3
N
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{5}+NO\rightarrow 3NO_{2}}
  ・・・・(3)
2
N
O
2

→
N
2

O
4


{\displaystyle 2NO_{2}\rightarrow N_{2}O_{4}}
	・・・・(4)
この一つ一つの反応を素反応(そはんのう)という。また、


N
2

O
5


{\displaystyle N_{2}O_{5}}
の反応のように、複数の素反応からなる反応を多段階反応という。
式(1)の左辺の反応物と式(4)の右辺の生成物を見ると、


N
2

O
5


{\displaystyle N_{2}O_{5}}
 と 


N
2

O
4


{\displaystyle N_{2}O_{4}}
がある。これが反応速度の謎の正体である。
式(1)から式(2)、式(3)、式(4)のそれぞれの反応速度を、反応式から推定すると、
N
2

O
5

→
N
2

O
3

+
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{5}\rightarrow N_{2}O_{3}+O_{2}}
   ・・・・(1)   


v
1

=
k
1

[
N
2

O
5
]

{\displaystyle v_{1}=k_{1}[N_{2}O5]}
N
2

O
3

→
N
O
+
N
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{3}\rightarrow NO+NO_{2}}
   ・・・・(2)   


v
2

=
k
2

[
N
2

O
3

]

{\displaystyle v_{2}=k_{2}[N_{2}O_{3}]}
N
2

O
5

+
N
O
→
3
N
O
2


{\displaystyle N_{2}O_{5}+NO\rightarrow 3NO_{2}}
   ・・・・(3)   


v
3

=
k
3

[
N
2

O
5

]
[
N
O
]

{\displaystyle v_{3}=k_{3}[N_{2}O_{5}][NO]}
2
N
O
2

→
N
2

O
4


{\displaystyle 2NO_{2}\rightarrow N_{2}O_{4}}
 ・・・・(4)   


v
4

=
k
4

[
N
O
2

]
2


{\displaystyle v_{4}=k_{4}[NO_{2}]^{2}}
となる。実験の結果では、4つの素反応の中で、もっとも反応速度が小さいのは式(1)の反応であることが知られている。このように、多段階反応では、もっとも反応速度が遅い反応によって、全体の反応速度が決まる。
全体の反応を決定する素反応を律速段階という。
温度が増えると、常温付近では、だいたい10°Cあがるごとに、反応速度が2倍から3倍程度になる。
この理由は、温度が増えると、活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子が増えるからである。
触媒もまた、反応速度を変える。前の節で既に記述したので、必要ならば参照のこと。
化学者のアレニウスが、多くの物質の反応速度と温度との関係を調べた結果、実験法則として、以下の関係式が分かった。
反応速度定数kは、活性化エネルギーを


E
a


{\displaystyle E_{a}}
絶対温度をTとすると、以下の式で表される。
k
=
A
e

−
E
a


R
T



{\displaystyle k=Ae^{\frac {-E_{a}}{RT}}}
ここで、Rは気体定数、eはネイピア数である。
この実験式をアレニウスの式という。
たとえば、ヨウ化水素HIの生成の反応、つまり、ヨウ素Iと水素Hを容器に入れて高温にして起こす反応では、
H
2

+
I
2

→
2
H
I

{\displaystyle H_{2}+I_{2}\rightarrow 2HI}
では、なにも熱を加えない常温のままだと、反応は起こらない。また結合エネルギーの和は、左辺の


H
2

+
I
2


{\displaystyle H_{2}+I_{2}}
のほうが右辺の2HIの和より大きい。エネルギー的にはエネルギーの低いほうが安定なので、2HIのほうが安定なはずなのに、熱を加えないと、反応が始まらないのである。
この状態から察するに、化学反応をする原子は、もとの分子よりエネルギーの高い状態を経由する必要がある。
たとえば、ヨウ化水素の生成の反応
H
2

+
I
2

→
2
H
I

{\displaystyle H_{2}+I_{2}\rightarrow 2HI}
では、解離エネルギーにより推測される必要なエネルギーと、実際の反応に要するエネルギーが一致しない。解離エネルギーを考えると、
H
2

+
432
k
J
→
H
+
H

{\displaystyle H_{2}+432kJ\rightarrow H+H}
I
2

+
149
k
J
→
I
+
I

{\displaystyle I_{2}+149kJ\rightarrow I+I}
により、合計で432 + 149 = 581 kJ のエネルギーが必要だと推測できる。