アレニウスプロット

アレニウスプロットとは、ある化学反応における絶対温度の逆数(1/T)を横軸にとり、反応速度定数の自然対数(ln k)を縦軸にとって作図したグラフのことで、化学、化学工学の分野で利用されています。
アレニウスプロットに単回帰分析(線形フィット)を実行すると、アレニウスの式により、直線の傾き(Ea/R)から当該の化学反応の活性化エネルギーを求めることができます。

アレニウスの式

アレニウスの式

両辺で自然対数をとると以下のようになります。

自然対数をとったアレニウスの式

1/Tを横軸、ln kを縦軸にとってデータをプロットし、線形フィットで得られる傾き(-Ea/R)から活性化エネルギー(Ea)を求めることができます。

Originでは、実験により得られた温度と速度定数データからアレニウスプロットを作成でき、活性化エネルギーを求めるための線形フィットを簡単に実行できます。また、右図のように1/Tに対応した温度(℃)を2つ目のX軸として表示することもできます。

用意するデータと操作

Originでアレニウスプロットを作成する場合、温度と速度定数データを用意します。下図の場合、化学反応、2ClO(g)→Cl2(g)+O2(g)について、それぞれの温度(K)での速度定数(M-1s-1)データを用意しています。

データの例

まず、温度を1/T、速度定数をln(k)に変換します。変換データを入力する列を用意するために、Origin上部のツールバーにある「列の追加」ボタンを2回クリックして2列追加します。

列を追加

C列のF(X)=セルに、1/A を入力し、D列のF(X)=セルには、ln(B) と入力して変換後のデータを出力します。

計算式を入力してデータを変換

C列、D列のロングネームと単位を入力してから、C列をクリックして開くミニツールバーで「X列として設定」ボタンをクリックします。

Xデータとして設定

D列を選択してメインメニューの「作図:基本の2Dグラフ:散布図」を選択して作図します。凡例は右クリックして「削除」を選択すると削除できます。

散布図を作図

X軸を1000/Tにする場合は、軸上でダブルクリックして開くダイアログの「目盛ラベル」タブで「割る値」に1/1000を入力してOKをクリックします(データには影響しません)。X軸タイトルをダブルクリックして1000/T(K-1)に変更すると、以下のようになります。

X軸を1000/Tに変更

活性化エネルギーを求めるために線形フィットを実行

作成したグラフデータに対して線形フィットを実行して、活性化エネルギーを求めます。

散布図データを一度クリックしてアクティブにしてから、「解析:フィット:線形フィット」を選択してダイアログを開きます。

線形フィットダイアログを開く

ダイアログの「出力」タブで「備考の式」を「パラメータによる関数式」にし、OKをクリックして線形フィットを実行すると、グラフ上の表内に傾きと切片を使用した回帰式を表示できます。

傾きと切片を取得

傾き(-Ea/R)から活性化エネルギー(Ea)を算出します。結果シート「FitLinear1」の「パラメータ」表にある下向き矢印ボタンをクリックして「新しいシートで転置コピーを作成」を選択して、表の内容をワークシートにコピーします。

パラメータ表の内容をワークシートにコピー

「列の追加」ボタンをクリックして新しい列を追加します。

列を追加

第一セルでダブルクリックして、=-(C1)*8.31 と入力すると、活性化エネルギーの値が算出されます。下図では、単位をKJ/molにするために、=-(C1)*8.31/1000 として入力しています。

セルで計算式を入力して活性化エネルギーを算出

グラフ上に活性化エネルギーの値を表示したい場合は、レイヤ上で右クリックして「テキストの追加」を選択すると、入力できます。手入力でなく、ワークシート上の値をコピー(Ctrl+C)したものを右クリックメニューで「リンク貼り付け」することもできます。

グラフ上にテキストを追加

最終的には下図のようになります。

リンク貼り付けでEaを表示

2つ目の軸で温度(℃)を表示

Originでは、既存の軸と数式で関連付けた軸を追加表示することが可能ですが、アレニウスプロットの場合、2つ目のX軸として1/Tに対応した温度(℃)を簡単に表示できます。

作成したグラフのX軸上でクリックして表示されるミニツールバーで「第2軸を追加」ボタンをクリックします。

Xの第2軸を追加

ダイアログが開いたら矢印ボタンをクリックして「アレニウス」を選択し、OKをクリックします。

アレニウスプロット用に温度(℃)を表示する設定

上X軸が表示されたら、タイトルダブルクリックしてTemperature (℃)にします。℃を入力する際は、テキスト入力中に右クリックして「挿入:シンボルマップ」を使用できます。

上軸タイトルを入力

グラフ右側にも枠線を表示するには、レイヤをクリックしてミニツールバーの「レイヤ枠」ボタンをクリックします。

レイヤ枠を表示

作成したアレニウスプロットを再利用

一度回帰線付きのアレニウスプロットを作成したら、他のデータでも簡単に同じフォーマットのアレニウスプロットを作成できます。

異なるデータで作図したときの準備をします。作成したアレニウスプロットの軸上でダブルクリックします。ダイアログの左パネルでCtrlキーを押しながら「垂直方向」と「水平方向」の両方を選択して「スケール」タブの「タイプ」を「自動」に変更します。

軸の再スケールを自動に設定

活性化エネルギーのテキストをダブルクリックして、ワークブック名が変わってもいいように、[Book●]の部分を[%@H]に変更します。

リンクの内容を変更

元データのあるシートの何もない領域で右クリックして「グラフを追加」を選択して、グラフをシート上に貼り付けます。

ワークシートにグラフを貼り付け

ワークブックのタイトルバーで右クリックして「データなしで複製」を選択します。

ワークブックをデータなしで複製

空欄の温度と速度定数の列に他のデータを入力すると、変換後のデータとプロットが表示されます。

温度と速度定数データを入力

再計算ボタンをクリックして、線形フィットを実行すると、以下のように処理が完了します。

別のデータでアレニウスプロットを作成完了示

ワークシート上に貼り付けたグラフはダブルクリックすることで個別のグラフウィンドウとして開くことができ、編集操作等が可能です。また、「データなしで複製」した際に「ファイル:ウィンドウの新規保存」を選択すると、ワークブックを保存できるので、異なるプロジェクト上でも呼び出して再利用できるようになります。

サンプルデータ

このページで使用したサンプルのデータは以下よりダウンロード可能です。

また、Originの「ヘルプ」メニューから「ラーニングセンター」を開き、様々なサンプルグラフを確認できます。ダイアログの上にあるドロップダウンで、「複数軸グラフ」を選択し、サムネイル画像をダブルクリックすると開けます。
※Originをお持ちでない場合は、無料の体験版でお試しいただけます

ラーニングセンターでサンプルデータを開く

開くと、グラフと実際のデータがあるので、ワークシートにどのようにデータを持てばよいかや、作図方法のチュートリアルなどを確認できます。

アレニウスプロットのサンプルデータ

テクニカルサポート

ご不明な点がございましたら、お気軽にお問合せフォームよりテクニカルサポートまでご連絡ください。

その際、必ず「製品名」「バージョン」「シリアル番号」をご連絡ください。

 

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