Скорость химической реакции

Превращение одних веществ в другие называется химической реакцией, которые могут относится к различным типам и осуществляться с различной скоростью.

К примеру, образование кристаллогидратов, гидролиз солей, синтез или разложение минералов протекают тысячи, миллионы лет, в то время как горение пороха, водорода происходят в течение долей секунд.

Скорость химической реакции — изменение количеств реагирующих веществ, продуктов реакции в единицу времени. Скорость зависит от природы реагирующих веществ, также концентрации реагирующих веществ, температуры реакции, давления, наличия катализатора, степени измельченности реагирующих веществ.

Природа реагирующих веществ в первую очередь влияет на скорость химической реакции. Рассмотрим взаимодействие металлов с постоянным компонентом — водой. 

Натрий реагирует с водой при обычной температуре очень бурно, с выделением теплоты.                                                                

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 + Q;

Менее энергично при обычной температуре реагирует с водой кальций: 

Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + H2 + Q; 

Алюминий реагирует с водой уже при повышенной температуре: 

2Аl + 6Н2О = 2Аl(ОН)з + ЗН2 — Q; 

Золото — один из неактивных металлов с водой при различных температурах.

Скорость химической реакции также напрямую зависит от концентрации реагирующих веществ. Рассмотрим пример:

C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2Н2О; 

v = k*[C2H4]*[О2]3; 

k — константа скорости химической реакции, численно равная скорости данной реакции, когда концентрации реагирующих компонентов равны 1 г/моль; величины [С2Н4 ] и [О2] 3 соответствуют концентрациям реагирующих веществ, возведенные в степень их стехиометрических коэффициентов. Чем больше концентрация [С2Н4] или [О2], тем больше в единицу времени соударений молекул данных веществ , следовательно больше скорость химической реакции.

Скорость химических реакций находятся в прямой зависимости от температуры реакции. В случае повышенной температуре, кинетическая энергия молекул возрастает, как и столкновение молекул в единицу времени. По правилу Вант-Гоффа, при изменении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции изменяется в 2-4 раза.

Степень измельчённости веществ находится в прямой зависимости на скорость реакции. Когда в мелком состоянии находятся частицы реагирующих веществ, то в большей степени они соприкасаются друг с другом в единицу времени и скорость химической реакции протекает быстрее. Быстрее, чем в твердом состоянии, реакции протекают между газообразными веществами. Изменение давления оказывает влияние на скорость реакции между газообразными веществами. В замкнутом объеме реакция протекает со скоростью V1 при постоянной температуре. Когда в данной системе повысим давление и уменьшим объем, то концентрации реагирующих веществ возрастут и скорость реакции повысится до V2 (v2 > v1).       

Катализаторы — вещества, которые изменяют скорость химической реакции, при том, что они остаются неизменными в конце химической реакции. Влияние таких веществ называется катализом, они могут ускорять химико-динамический процесс и замедлять его. При взаимодействии веществ и катализатора в одном агрегатном состоянии —  гомогенный катализ, при гетерогенном — в разных агрегатных состояниях. 

Образуется промежуточный комплекс с реагентами для реакции:

А + В = АВ; 

Катализатор (К) образует комплекс с А или В:

А+ К = АК

В + К = ВК ;

АК + В = АВ + К

ВК + А = ВА + К;