Швидкість хімічних реакцій, її залежність від різних факторів

Гомогенні та гетерогенні хімічні реакції

Хімічні реакції протікають з різними швидкостями: з малою швидкістю – при утворенні сталактитів та сталагмітів, із середньою швидкістю – при варінні їжі, миттєво – при вибуху. Дуже швидко проходять реакції у водних розчинах практично миттєво. Змішаємо розчини хлориду барію та сульфату натрію - сульфат барію у вигляді осаду утворюється негайно. Швидко, але не миттєво горить сірка, магній розчиняється в соляній кислоті, етилен знебарвлює бромну воду. Повільно утворюється іржа на залізних предметах, наліт на мідних та бронзових виробах, повільно гниє листя, руйнуються зуби.

Передбачення швидкості хімічної реакції, а також з'ясування її залежності від умов проведення процесу – завдання хімічної кінетики- Науки про закономірності протікання хімічних реакцій у часі.

Якщо хімічні реакції відбуваються в однорідному середовищі, наприклад, у розчині або газовій фазі, то взаємодія реагуючих речовин відбувається у всьому обсязі. Такі реакції, як ви знаєте, називають гомогенними.

Швидкість гомогенної реакції ($v_(гомог.)$) визначається як зміна кількості речовини в одиницю часу в одиниці об'єму:

$υ_(гомог.)=(∆n)/(∆t·V),$

де $∆n$ - зміна числа молей однієї речовини (найчастіше вихідної, але може бути і продукту реакції); $∆t$ - інтервал часу (с, хв.); $V$ - обсяг газу або розчину (л).

Оскільки відношення кількості речовини до обсягу є молярною концентрацією $С$, то

$(∆n)/(V)=∆C.$

Таким чином, швидкість гомогенної реакціївизначається як зміна концентрації однієї з речовин в одиницю часу:

$υ_(гомог.)=(∆C)/(∆t)[(моль)/(л·с)]$

якщо об'єм системи не змінюється. Якщо реакція йде між речовинами, що знаходяться в різних агрегатних станах (наприклад, між твердою речовиною і газом або рідиною), або між речовинами, нездатними утворювати гомогенне середовище (наприклад, між рідинами, що не змішуються), то вона проходить тільки на поверхні зіткнення речовин. Такі реакції називають гетерогенними.

Швидкість гетерогенної реакціївизначається як зміна кількості речовини в одиницю часу на одиниці поверхні:

$υ_(гомог.)=(∆C)/(∆t·S)[(моль)/(c·м^2)]$

де $ S $ - площа поверхні дотику речовин ($ м ^ 2, см ^ 2 $).

Якщо за будь-якої реакції експериментально вимірювати концентрацію вихідної речовини в різні моменти часу, то графічно можна відобразити її зміна за допомогою кінетичної кривої для цього реагенту.

Швидкість реакції перестав бути постійної величиною. Ми вказували лише деяку середню швидкість цієї реакції у певному інтервалі часу.

Уявіть собі, що ми визначаємо швидкість реакції

$H_2+Cl_2→2HCl$

а) щодо зміни концентрації $Н_2$;

б) щодо зміни концентрації $HCl$.

Чи однакові ми отримаємо значення? Адже з $1$ моль $Н_2$ утворюється $2$ моль $HCl$, тому й швидкість у разі б) виявиться більшою вдвічі. Отже, значення швидкості реакції залежить і від того, якою речовиною її визначають.

Зміна кількості речовини, за якою визначають швидкість реакції, - це зовнішній фактор, що спостерігається дослідником. По суті всі процеси здійснюються на мікрорівні. Очевидно, для того, щоб якісь частинки прореагували, вони передусім мають зіткнутися, причому зіткнутися ефективно: не розлетітися, як м'ячики, в різні боки, а так, щоб у частках зруйнувалися або ослабли старі зв'язки та змогли утворитися нові, а для цього частинки повинні мати достатню енергію.

Розрахункові дані показують, що, наприклад, газах зіткнення молекул при атмосферному тиску обчислюються мільярдами за $1$ секунду, тобто. всі реакції мали б йти миттєво. Але це не так. Виявляється, що лише дуже невелика частка молекул має необхідну енергію, що призводить до ефективного зіткнення.

Мінімальний надлишок енергії, який повинна мати частка (або пара частинок), щоб відбулося ефективне зіткнення, називають енергією активації$E_a$.

Таким чином, на шляху всіх частинок, що вступають у реакцію, є енергетичний бар'єр, що дорівнює енергії активації $E_a$. Коли він малий, то є багато частинок, які можуть його подолати, і швидкість реакції велика. В іншому випадку потрібен поштовх. Коли ви підносите сірник, щоб запалити спиртування, ви повідомляєте додаткову енергію $E_a$, необхідну для ефективного зіткнення молекул спирту з молекулами кисню (подолання бар'єру).

На закінчення зробимо висновок: багато можливих реакцій практично не йдуть, т.к. Висока енергія активації.

Це має велике значення для нашого життя. Уявіть, що сталося б, якби всі термодинамічно дозволені реакції могли йти, не маючи жодного енергетичного бар'єру (енергії активації). Кисень повітря прореагував би з усім, що може горіти чи просто окислюватися. Постраждали б усі органічні речовини, вони перетворилися б на вуглекислий газ $CO_2$ та воду $H_2O$.

Швидкість хімічної реакції залежить багатьох чинників. Основними з них є: природа та концентрація реагуючих речовин, тиск (у реакціях за участю газів), температура, дія каталізаторів та поверхня реагуючих речовин у разі гетерогенних реакцій. Розглянемо вплив кожного із цих чинників на швидкість хімічної реакції.

Температура

Вам відомо, що при підвищенні температури у більшості випадків швидкість хімічної реакції значно зростає. У ХІХ ст. голландський хімік Я. Х. Вант-Гофф сформулював правило:

Підвищення температури кожні $10°С$ призводить до збільшення швидкості реакції в 2-4 разу (цю величину називають температурним коефіцієнтом реакції).

При підвищенні температури середня швидкість молекул, їх енергія, кількість зіткнень збільшуються незначно, зате різко підвищується частка активних молекул, що беруть участь у ефективних зіткненнях, що долають енергетичний бар'єр реакції.

Математично ця залежність виражається співвідношенням:

$υ_(t_2)=υ_(t_1)γ^((t_2-t_1)/(10)),$

де $υ_(t_1)$ і $υ_(t_2)$ — швидкості реакції відповідно при кінцевій $t_2$ і початковій $t_1$ температурах, а $γ$ — температурний коефіцієнт швидкості реакції, який показує, у скільки разів збільшується швидкість реакції з підвищенням температури на кожні $10°С$.

Проте збільшення швидкості реакції підвищення температури який завжди застосовно, т.к. вихідні речовини можуть почати розкладатися, можуть випаровуватись розчинники або самі речовини.

Концентрація реагуючих речовин

Зміна тиску за участю реакції газоподібних речовин також призводить до зміни концентрації цих речовин.

Щоб здійснилася хімічна взаємодія між частинками, вони мають ефективно зіткнутися. Чим більша концентрація реагуючих речовин, тим більше зіткнень і, відповідно, вища швидкість реакції. Наприклад, у чистому кисні ацетилен згоряє дуже швидко. У цьому розвивається температура, достатня плавлення металу. На основі великого експериментального матеріалу в 1867 р. норвежцями К. Гульденбергом і П. Вааге і незалежно від них у 1865 р. російським вченим Н. І. Бекетовим був сформульований основний закон хімічної кінетики, що встановлює залежність швидкості реакції від концентрації речовин, що реагують.

Швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівних їх коефіцієнтам рівняння реакції.

Цей закон називають також законом чинних мас.

Для реакції $А+В=D$ цей закон виражається так:

$υ_1=k_1·C_A·C_B$

Для реакції $2А+В=D$ цей закон виражається так:

$υ_2=k_2·C_A^2·C_B$

Тут $С_А, С_В$ концентрації речовин $А$ і $В$ (моль/л); $k_1$ і $k_2$ - коефіцієнти пропорційності, звані константами швидкості реакції.

Фізичний зміст константи швидкості реакції неважко встановити - вона чисельно дорівнює швидкості реакції, в якій концентрації реагуючих речовин дорівнюють $1$ моль/л або їх добуток дорівнює одиниці. У такому разі зрозуміло, що константа швидкості реакції залежить лише від температури і залежить від концентрації речовин.

Закон діючих мас не враховує концентрації речовин, що реагують, що знаходяться в твердому стані, т.к. вони реагують поверхні, та його концентрації зазвичай є постійними.

Наприклад, для реакції горіння вугілля

вираз швидкості реакції має бути записано так:

$υ=k·C_(O_2)$,

т. е. швидкість реакції пропорційна лише концентрації кисню.

Якщо ж рівняння реакції описує лише сумарну хімічну реакцію, яка проходить у кілька стадій, швидкість такої реакції може складним чином залежати від концентрацій вихідних речовин. Ця залежність визначається експериментально чи теоретично виходячи з передбачуваного механізму реакції.

Дія каталізаторів

Можна збільшити швидкість реакції, використовуючи спеціальні речовини, які змінюють механізм реакції і направляють її енергетично більш вигідному шляху з меншою енергією активації. Їх називають каталізаторами(Від лат. katalysis- руйнування).

Каталізатор діє як досвідчений провідник, що спрямовує групу туристів не через високий перевал у горах (його подолання вимагає багато сил і часу і не всім доступно), а відомими йому обхідними стежками, якими можна подолати гору значно легше і швидше. Щоправда, обхідним шляхом можна потрапити не зовсім туди, куди веде головний перевал. Але іноді саме це потрібно! Саме так діють каталізатори, які називають селективними. Зрозуміло, що немає необхідності спалювати аміак та азот, зате оксид азоту (II) знаходить застосування у виробництві азотної кислоти.

Каталізатори - це речовини, що беруть участь у хімічній реакції і змінюють її швидкість або напрямок, але після закінчення реакції залишаються незмінними кількісно і якісно.

Зміну швидкості хімічної реакції або її спрямування за допомогою каталізатора називають каталізом. Каталізатори широко використовують у різних галузях промисловості та на транспорті (каталітичні перетворювачі, що перетворюють оксиди азоту вихлопних газів автомобіля на нешкідливий азот).

Розрізняють два види каталізу.

Гомогенний каталіз, при якому і каталізатор, і речовини, що реагують знаходяться в одному агрегатному стані (фазі).

Гетерогенний каталіз, при якому каталізатор та реагуючі речовини знаходяться в різних фазах. Наприклад, розкладання пероксиду водню у присутності твердого каталізатора оксиду марганцю (IV):

$2H_2O_2(→)↖(MnO_2(I))2H_2O_((ж))+O_2(г)$

Сам каталізатор не витрачається в результаті реакції, але якщо на його поверхні адсорбуються інші речовини (їх називають каталітичними отрутами), то поверхня стає непрацездатною, потрібна регенерація каталізатора. Тому перед проведенням каталітичної реакції ретельно очищають вихідні речовини.

Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти контактним способом використовують твердий каталізатор - оксид ванадію (V).

$2SO_2+O_2⇄2SO_3$

При виробництві метанолу використовують твердий цинкохромовий каталізатор ($8ZnO·Cr_2O_3×CrO_3$):

$CO_((г))+2H_(2(г))⇄CH_3OH_((г))$

Дуже ефективно працюють біологічні каталізатори. ферменти. За хімічною природою це білки. Завдяки їм у живих організмах за невисокої температури з великою швидкістю протікають складні хімічні реакції. Ферменти відрізняються особливою специфічністю, кожен із новачків прискорює лише свою реакцію, що у потрібний час і у потрібному місці з виходом, близьким до $100%$. Створення аналогічних ферментів штучних каталізаторів – мрія хіміків!

Ви, звичайно, чули і про інші цікаві речовини. інгібіторах(Від лат. inhibere- Затримувати). Вони швидко реагують з активними частинками з утворенням малоактивних сполук. В результаті реакція різко уповільнюється і потім припиняється. Інгібітори часто спеціально додають у різні речовини, щоб запобігти небажаним процесам.

Наприклад, за допомогою інгібіторів стабілізують розчини пероксиду водню, мономери для запобігання передчасній полімеризації, соляну кислоту, щоб була можливість її транспортування сталевої тарі. Інгібітори містяться і в живих організмах, вони пригнічують різні шкідливі реакції окислення в клітинах тканин, які можуть ініціюватися, наприклад, радіоактивним випромінюванням.

Природа речовин, що реагують (їх склад, будова)

Значення енергії активації є тим чинником, з якого позначається вплив природи реагують речовин на швидкість реакції.

Якщо енергія активації мала ($< 40$ кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

Якщо енергія активації велика ($> 120 $ кДж/моль), це означає, що лише нікчемна частина зіткнень між взаємодіючими частинками призводить до реакції. Швидкість такої реакції тому дуже мала. Наприклад, перебіг реакції синтезу аміаку за нормальної температури помітити практично неможливо.

Якщо енергії активації мають проміжні значення ($40-120$ кДж/моль), швидкості таких реакцій будуть середніми. До таких реакцій можна віднести взаємодію натрію з водою або етиловим спиртом, знебарвлення бромної води етиленом, взаємодію цинку з соляною кислотою та ін.

Поверхня дотику реагуючих речовин

Швидкість реакцій, що йдуть поверхні речовин, тобто. гетерогенних, залежить за інших рівних умов від властивостей цієї поверхні. Відомо, що розтерта на порошок крейда набагато швидше розчиняється в соляній кислоті, ніж рівний по масі шматочок крейди.

Збільшення швидкості реакції пояснюється, в першу чергу, збільшенням поверхні дотику вихідних речовин, а також рядом інших причин, наприклад, руйнуванням структури правильної кристалічної решітки. Це призводить до того, що частинки на поверхні мікрокристалів, що утворюються, значно реакційноздатніше, ніж ті ж частинки на гладкій поверхні.

У промисловості для проведення гетерогенних реакцій використовують киплячий шар, щоб збільшити поверхню зіткнення реагуючих речовин, підведення вихідних речовин та відведення продуктів. Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти за допомогою киплячого шару проводять випал колчедану; в органічній хімії із застосуванням киплячого шару проводять каталітичний крекінг нафтопродуктів і регенерацію (відновлення) каталізатора, що вийшов з ладу (закоксованого).

При визначенні поняття швидкості хімічної реакціїнеобхідно розрізняти гомогенні та гетерогенні реакції. Якщо реакція протікає в гомогенній системі, наприклад, в розчині або суміші газів, то вона йде у всьому обсязі системи. Швидкістю гомогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу в одиниці обсягу системи. Оскільки відношення числа молей речовини до обсягу, в якому воно розподілене, є молярною концентрацією речовини, швидкість гомогенної реакції можна також визначити як зміна концентрації в одиницю часу будь-якої речовини: вихідного реагенту або продукту реакції. Щоб результат розрахунку завжди був позитивним, незалежно від того, виробляється він за реагентом або продуктом, у формулі використовується знак «±»:

Залежно від характеру реакції час може бути виражений у секундах, як вимагає система СІ, але й у хвилинах чи годинах. У результаті реакції величина її швидкості не стала, а безперервно змінюється: зменшується, оскільки зменшуються концентрації вихідних речовин. Наведений вище розрахунок дає середнє значення швидкості реакції за деякий інтервал часу Δτ = τ 2 – τ 1 . Справжня (миттєва) швидкість визначається як межа якого прагне відношення Δ З/ Δτ при Δτ → 0, тобто справжня швидкість дорівнює похідній концентрації за часом.

Для реакції, у рівнянні якої є стехіометричні коефіцієнти, що відрізняються від одиниці, значення швидкості, виражені за різними речовинами, неоднакові. Наприклад, для реакції А + 3В = D + 2Е витрата речовини А дорівнює одному молю, речовини В – трьом молям, прихід речовини Е – двом молям. Тому υ (А) = ⅓ υ (В) = υ (D) =½ υ (Е) або υ (Е). = ⅔ υ (В).

Якщо реакція протікає між речовинами, що у різних фазах гетерогенної системи, вона може йти тільки поверхні розділу цих фаз. Наприклад, взаємодія розчину кислоти та шматка металу відбувається лише на поверхні металу. Швидкістю гетерогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу на одиниці поверхні поділу фаз:

.

Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують, виражається законом діючих мас: при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин, зведених у ступені, рівні коефіцієнтам при формулах цих речовин у рівнянні реакції. Тоді для реакції

2А + В → продукти

справедливе співвідношення υ ~ · ЗА 2 · ЗВ, а для початку рівності вводиться коефіцієнт пропорційності kзваний константою швидкості реакції:

υ = k· ЗА 2 · ЗВ = k· [А] 2 · [В]

(молярні концентрації у формулах можуть позначатися як буквою Зз відповідним індексом, і формулою речовини, укладеної в квадратні дужки). Фізичний зміст константи швидкості реакції – швидкість реакції при концентраціях всіх речовин, що реагують, рівних 1 моль/л. Розмірність константи швидкості реакції залежить від числа співмножників у правій частині рівняння і може бути з -1; з -1 · (Л / моль); з –1 · (л 2 / моль 2) і т. п., тобто такий, щоб у будь-якому випадку при обчисленнях швидкість реакції виражалася в моль · 1 · с -1 .

Для гетерогенних реакцій у рівняння закону дії мас входять концентрації лише тих речовин, які перебувають у газовій фазі чи розчині. Концентрація речовини, що знаходиться в твердій фазі, представляє постійну величину і входить до константи швидкості, наприклад, для процесу горіння вугілля С + О 2 = СО 2 закон дії мас записується:

υ = k I·const··= k·,

де k= k IВ· const.

У системах, де одна або кілька речовин є газами, швидкість реакції також залежить від тиску. Наприклад, при взаємодії водню з парами йоду H 2 + I 2 =2HI швидкість хімічної реакції визначатиметься виразом:

υ = k··.

Якщо збільшити тиск, наприклад, в 3 рази, то в стільки ж разів зменшиться об'єм, який займає система, і, отже, у стільки ж разів збільшаться концентрації кожної з реагуючих речовин. Швидкість реакції у цьому випадку зросте у 9 разів

Залежність швидкості реакції від температуриописується правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість реакції збільшується у 2-4 рази. Це означає, що при підвищенні температури арифметичної прогресії швидкість хімічної реакції зростає в геометричній прогресії. Підставою у формулі прогресії є температурний коефіцієнт швидкості реакціїγ, що показує, у скільки разів збільшується швидкість цієї реакції (або, що те саме – константа швидкості) при зростанні температури на 10 градусів. Математично правило Вант-Гоффа виражається формулами:

або

де і - швидкості реакції відповідно при початковій t 1 та кінцевої t 2 температурах. Правило Вант-Гоффа може бути також виражено такими співвідношеннями:

; ; ; ,

де і – відповідно швидкість та константа швидкості реакції при температурі t; і – ті самі величини при температурі t +10n; n- Число «десятиградусних» інтервалів ( n =(t 2 –t 1)/10), куди змінилася температура (може бути числом цілим чи дробовим, позитивним чи негативним).

Приклади розв'язання задач

приклад 1.Як зміниться швидкість реакції 2СO + О 2 = 2СО 2 , що протікає в закритій посудині, якщо збільшити тиск у 2 рази?

Рішення:

Швидкість зазначеної хімічної реакції визначається виразом:

υ поч = k· [ЗІ] 2 · [Про 2].

Збільшення тиску призводить до збільшення концентрації обох реагентів у 2 рази. З огляду на це перепишемо вираз закону діючих мас:

υ 1 = k· 2 · = k·2 2 [ЗІ] 2 ·2[Про 2 ] = 8 k· [ЗІ] 2 · [Про 2] = 8 υ поч.

Відповідь:Швидкість реакції збільшиться у 8 разів.

приклад 2.Обчислити, скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 20 °С до 100 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 3.

Рішення:

Відношення швидкостей реакції при двох різних температурах пов'язане з температурним коефіцієнтом та зміною температури формулою:

Обчислення:

Відповідь:Швидкість реакції збільшиться у 6561 раз.

приклад 3.При вивченні гомогенної реакції А + 2В = 3D встановлено, що протягом 8 хвилин перебігу реакції кількість речовини А в реакторі зменшилася з 56 моль до 44 моль. Об'єм реакційної маси становив 56 л. Обчислити середню швидкість хімічної реакції за досліджений проміжок часу речовин А, В і D.

Рішення:

Використовуємо формулу відповідно до визначення поняття «середня швидкість хімічної реакції» і підставляємо чисельні значення, отримуючи середню швидкість за реагентом А:

З рівняння реакції випливає, що порівняно зі швидкістю втрат речовини А швидкість впали речовини В вдвічі більше, а швидкість збільшення кількості продукту D - втричі більше. Отже:

υ (А) = ½ υ (В) =⅓ υ (D)

і тоді υ (В) = 2 υ (А) = 2 · 2,68 · 10 -3 = 6, 36 · 10 -3 моль · л -1 · хв -1;

υ (D) = 3 υ (А) = 3 · 2,68 · 10 -3 = 8, 04 · 10 -3 моль · л -1 · хв -1

Відповідь: υ(А) = 2,68 · 10 -3 моль · л -1 · хв -1; υ (В) = 6, 36 · 10 -3 моль · л -1 · хв -1; υ (D) = 8, 04 · 10 -3 моль · л -1 · хв -1 .

приклад 4.Для визначення константи швидкості гомогенної реакції А + 2В → продукти було проведено два досліди при різних концентраціях речовини та виміряна швидкість реакції.

Поняття «швидкість» часто зустрічається у літературі. З фізики відомо, що чим більша відстань подолає матеріальне тіло (людина, поїзд, космічний корабель) за певний відрізок часу, тим вища швидкість цього тіла.

А як виміряти швидкість хімічної реакції, яка нікуди «не йде» і ніякої відстані не долає? Для того, щоб відповісти на це питання, слід з'ясувати, а що завждизмінюється в будь-якийхімічної реакції? Оскільки будь-яка хімічна реакція - це процес зміни речовини, то вихідна речовина в ній зникає, перетворюючись на продукти реакції. Таким чином, у ході хімічної реакції завжди змінюється кількість речовини, зменшується кількість частинок вихідних речовин, а отже, і її концентрація (С).

Завдання ЄДІ.Швидкість хімічної реакції пропорційна зміні:

1. концентрації речовини за одиницю часу;
2. кількості речовини в одиниці об'єму;
3. маси речовини в одиниці обсягу;
4. обсягу речовини під час реакції.

А тепер порівняйте свою відповідь із правильною:

швидкість хімічної реакції дорівнює зміні концентрації реагуючої речовини в одиницю часу

де З 1і З 0- концентрації реагуючих речовин, кінцева та початкова, відповідно; t 1і t 2- час експерименту, кінцевий та початковий відрізок часу, відповідно.

Запитання.Як ви вважаєте, яка величина більша: З 1або З 0? t 1або t 0?

Оскільки реагуючі речовини завжди витрачаються у цій реакції, то

Отже, ставлення цих величин завжди негативно, а швидкість може бути величиною негативною. Тому у формулі з'являється знак «мінус», який одночасно говорить про те, що швидкість будь-якийреакції з часом (за незмінних умов) завжди зменшується.

Отже, швидкість хімічної реакції дорівнює:

Виникає питання, в яких одиницях слід вимірювати концентрацію речовин, що реагують (С) і чому? Для того щоб відповісти на нього, потрібно зрозуміти, яка умова є головнимдля протікання будь-якої хімічної реакції.

Для того, щоб частинки прореагували, необхідно, щоб вони, як мінімум, зіткнулися. Тому Чим вище число частинок* (число молів) в одиниці об'єму, тим частіше вони стикаються, тим вища ймовірність хімічної реакції.

* Про те, що таке "моль", читай в уроці 29.1.

Тому при вимірі швидкостей хімічних процесів використовують молярну концентраціюречовин у реагуючих сумішах.

Молярна концентрація речовини показує, скільки молей його міститься в 1 літрі розчину

Отже, що більша молярна концентрація реагуючих речовин, то більше вписувалося частинок в одиниці обсягу, тим частіше вони стикаються, то вище (за інших рівних умов) швидкість хімічної реакції. Тому основним законом хімічної кінетики (це наука про швидкість хімічних реакцій) є закон чинних мас.

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин.

Для реакції типу А+В →… математично цей закон можна виразити так:

Якщо реакція складніша, наприклад, 2A + B → або, що те саме А + А + В → …, то

Таким чином, у рівнянні швидкості з'явився показник ступеня « два» , який відповідає коефіцієнту 2 у рівнянні реакції. Для складніших рівнянь великі показники ступенів, зазвичай, не використовують. Це з тим, що ймовірність одночасного зіткнення, скажімо, трьох молекул А і двох молекул В дуже мала. Тому багато реакцій протікають у кілька стадій, в ході яких стикається не більше трьох частинок, і кожна стадія процесу протікає з певною швидкістю. Цю швидкість та кінетичне рівняння швидкості для неї визначають експериментально.

Вищенаведені рівняння швидкості хімічної реакції (3) або (4) справедливі тільки для гомогеннихреакцій, т. е. таких реакцій, коли реагуючі речовини не розділяє поверхню. Наприклад, реакція відбувається у водному розчині, і обидві реагуючі речовини добре розчиняються у воді або для будь-якої суміші газів.

Інша справа, коли відбувається гетерогеннареакція. У цьому випадку між реагуючими речовинами є поверхня розділу, наприклад, вуглекислий газреагує з водним розчиномлуги. В цьому випадку будь-яка молекула газу з рівною ймовірністю може вступити в реакцію, оскільки ці молекули швидко та хаотично рухаються. А частинки рідкого розчину? Ці частинки рухаються надзвичайно повільно, і ті частинки луги, які знаходяться «на дні», практично не мають шансів вступити в реакцію з вуглекислим газом, якщо розчин не постійно перемішувати. Реагуватимуть лише ті частинки, які «лежать на поверхні». Значить, для гетерогеннихреакцій -

швидкість реакції залежить від величини площі поверхні розділу, що збільшується при подрібненні.

Тому дуже часто реагують подрібнюють (наприклад, розчиняють у воді), їжу ретельно пережовують, а в процесі приготування - розтирають, пропускають через м'ясорубку і т. д. Не подрібнений харчовий продукт практично не засвоюється!

Таким чином, з максимальною швидкістю (за інших рівних умов) протікають гомогенні реакції в розчинах і між газами, (якщо ці гази реагують при н. у.), причому в розчинах, де молекули розташовуються «поряд», а подрібнення таке ж, як у газах (і навіть більше!), - Швидкість реакції вище.

Завдання ЄДІ.Яка з реакцій протікає з найбільшою швидкістю за кімнатної температури:

1. вуглецю з киснем;
2. заліза із соляною кислотою;
3. заліза з розчином оцтової кислоти
4. розчинів луги та сірчаної кислоти.

У разі потрібно визначити, який процес є гомогенним.

Слід зазначити, що швидкість хімічної реакції між газами або гетерогенної реакції, в якій бере участь газ, залежить від тиску, оскільки при збільшенні тиску гази стискаються, і концентрація частинок збільшується (див. формулу 2). На швидкість реакцій, у яких гази беруть участь, зміна тиску впливу не робить.

Завдання ЄДІ.На швидкість хімічної реакції між розчином кислоти та залізом не впливає

1. концентрація кислоти;
2. подрібнення заліза;
3. температура реакції;
4. збільшення тиску.

І, нарешті, швидкість реакції залежить і від реакційної здатності речовин. Наприклад, якщо з речовиною реагує кисень, то за інших рівних умов швидкість реакції буде вищою, ніж при взаємодії цієї ж речовини з азотом. Справа в тому, що реакційна здатність кисню помітно вища, ніж у азоту. Причину цього явища ми розглянемо у наступній частині Самовчителя (урок 14).

Завдання ЄДІ.З більшою швидкістю йде хімічна реакція між соляною кислотою та

1. міддю;
2. залізом;
3. магнієм;
4. цинком.

Слід зазначити, що далеко не кожне зіткнення молекул призводить до їхньої хімічної взаємодії (хімічної реакції). У газовій суміші водню та кисню за звичайних умов відбувається кілька мільярдів зіткнень на секунду. Але перші ознаки реакції (крапельки води) з'являться у колбі лише за кілька років. У таких випадках кажуть, що реакція практично не йде. Але вона можлива, інакше ніж пояснити той факт, що при нагріванні цієї суміші до 300 ° C колба швидко пітніє, а при температурі 700 ° C прогримить страшний вибух! Недарма суміш водню та кисню називають «гримким газом».

Запитання.Як ви вважаєте, чому швидкість реакції так різко зростає під час нагрівання?

Швидкість реакції зростає тому, що, по-перше, збільшується кількість зіткнень частинок, а по-друге, збільшується число активнихзіткнень. Саме активні зіткнення частинок призводять до їхньої взаємодії. Для того щоб сталося таке зіткнення, частинки повинні мати певний запас енергії.

Енергія, якою повинні мати частинки, щоб відбулася хімічна реакція, називається енергією активації.

Ця енергія витрачається подолання сил відштовхування між зовнішніми електронами атомів і молекул і руйнування «старих» хімічних зв'язків.

Виникає питання: як підвищити енергію частинок, що реагують? Відповідь проста - підвищити температуру, оскільки при підвищенні температури зростає швидкість руху частинок, а отже, їхня кінетична енергія.

Правило Вант-Гоффа*:

при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість реакції зростає у 2–4 рази.

ВАНТ-ГОФФ Якоб Хендрік(30.08.1852–1.03.1911) – голландський хімік. Один із засновників фізичної хімії та стереохімії. Нобелівська премія з хімії №1 (1901).

Слід зазначити, що це правило (не закон!) було встановлено експериментально для реакцій, «зручних» для вимірювання, тобто для таких реакцій, які протікали не дуже швидко і не дуже повільно і при температурах, доступних експериментатору (не надто високих і не надто низьких).

Питання. Як ви вважаєте, якнайшвидше приготувати картоплю: відварити її або обсмажити в шарі олії?

Для того щоб як слід усвідомити сенс описуваних явищ, можна порівняти реагуючі молекули з групою учнів, яким належить стрибати у висоту. Якщо їм поставлений бар'єр заввишки 1 м, то учням доведеться як слід розбігтися (підвищити свою «температуру»), щоб подолати бар'єр. Проте завжди знайдуться учні (неактивні молекули), які взяти цей бар'єр не зможуть.

Що робити? Якщо дотримуватися принципу: «Розумний у гору не піде, розумний гору обійде», слід просто опустити бар'єр, скажімо, до 40 см. Тоді будь-який учень зможе подолати бар'єр. На молекулярному рівні це означає: для того, щоб збільшити швидкість реакції, потрібно зменшити енергію активації в даній системі.

У реальних хімічних процесах цю функцію виконує каталізатор.

Каталізатор- це речовина, яка змінює швидкість хімічної реакції, залишаючись при цьому незміннимдо кінця хімічної реакції.

Каталізатор бере участьу хімічній реакції, взаємодіючи з однією або декількома вихідними речовинами. При цьому утворюються проміжні сполуки і змінюється енергія активації. Якщо проміжне з'єднання активніше (активний комплекс), то енергія активації знижується, а швидкість реакції збільшується.

Наприклад, реакція між SO 2 і О 2 відбувається дуже повільно, за нормальних умов практично не йде. Але у присутності NO швидкість реакції різко зростає. Спочатку NO дуже швидкореагує з O 2:

отриманий діоксид азоту швидкореагує з оксидом сірки (IV):

Завдання 5.1.Покажіть цьому прикладі, яка речовина є каталізатором, а яке - активним комплексом.

І навпаки, якщо утворюються більш пасивні сполуки, то енергія активації може зрости настільки, що реакція за цих умов практично не відбуватиметься. Такі каталізатори називаються інгібіторами.

На практиці застосовуються обидва типи каталізаторів. Так особливі органічні каталізатори - ферменти- беруть участь абсолютно у всіх біохімічних процесах: перетравленні їжі, скороченні м'язів, диханні. Без ферментів неможливе існування життя!

Інгібітори необхідні для того, щоб захистити металеві вироби від корозії, жировмісні харчові продукти від окислення (прогоркання). Деякі ліки містять інгібітори, які пригнічують життєві функції мікроорганізмів і тим самим знищують їх.

Каталіз може бути гомогенним та гетерогенним. Прикладом гомогенного каталізу служить дія NO (це каталізатор) на окислення діоксиду сірки. Прикладом гетерогенного каталізу може бути дія нагрітої міді на спирт:

Ця реакція йде у дві стадії:

Завдання 5.2.Визначте, яка речовина у цьому випадку є каталізатором? Чому цей вид каталізу називається гетерогенним?

Насправді найчастіше використовується гетерогенний каталіз, де каталізаторами служать тверді речовини: метали, їх оксиди та інших. На поверхні цих речовин є спеціальні точки (вузли кристалічної решітки), де, власне, і відбувається каталітична реакція. Якщо ці точки закрити сторонньою речовиною, то каталізація припиняється. Ця речовина, згубна для каталізатора, називається каталітичною отрутою. Інші речовини - промотори- Навпаки, посилюють каталітичну активність.

Каталізатор може змінити напрям хімічної реакції, тобто змінюючи каталізатор, можна отримувати різні продукти реакції. Так, зі спирту C 2 H 5 OH у присутності оксидів цинку та алюмінію можна отримати бутадієн, а у присутності концентрованої сірчаної кислоти – етилен.

Отже, під час хімічної реакції змінюється енергія системи. Якщо в ході реакції енергія виділяєтьсяу вигляді теплоти Q, такий процес називається екзотермічним:

Для ендотермічних процесів теплота поглинається, тобто тепловий ефект Q< 0 .

Завдання 5.3.Визначити, який із запропонованих процесів екзотермічний, а який – ендотермічний:

Рівняння хімічної реакції, в якому зазначено тепловий ефектназивається термохімічним рівнянням реакції. Для того щоб скласти таке рівняння, необхідно розрахувати тепловий ефект на 1 моль речовини, що реагує.

Завдання.При спалюванні 6 г магнію виділилося 153,5 кДж теплоти. Скласти термохімічне рівняння цієї реакції.

Рішення.Складемо рівняння реакції та вкажемо НАД формулами, що дано:

Склавши пропорцію, знайдемо потрібний тепловий ефект реакції:

Термохімічне рівняння цієї реакції:

Такі завдання наведено у завданнях більшостіваріантів ЄДІ! Наприклад.

Завдання ЄДІ.Відповідно до термохімічного рівняння реакції

кількість теплоти, що виділилася при спалюванні 8 г метану, дорівнює:

Оборотність хімічних процесів. Принцип Ле-Шательє

* ЛЕ ШАТЕЛЬ Анрі Луї(8.10.1850–17.09.1936) - французький фізико-хімік та металознавець. Сформулював загальний закон усунення рівноваги (1884).

Реакції бувають оборотними та незворотними.

Необоротниминазивають такі реакції, котрим немає умов, у яких можливий зворотний процес.

Прикладом таких реакцій можуть бути реакції, що відбуваються при скисанні молока, або коли згоріла смачна котлета. Як неможливо пропустити м'ясний фарш назад через м'ясорубку (і знову отримати шматок м'яса), також неможливо «реанімувати» котлету або зробити свіжим молоко.

Але поставимо собі просте питання: чи є незворотнім процес:

Щоб відповісти на це питання, спробуємо згадати, чи можна здійснити зворотний процес? Так! Розкладання вапняку (крейди) з метою отримати негашене вапно СаО використовується в промисловому масштабі:

Таким чином реакція є оборотною, тому що існують умови, за яких з відчутною швидкістю протікають обидвапроцесу:

Більше того, існують умови, за яких з швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції.

У умовах встановлюється хімічна рівновага. У цей час реакція не припиняється, але кількість отриманих частинок дорівнює числу частинок, що розклалися. Тому у стані хімічної рівноваги концентрації реагуючих частинок не змінюються. Наприклад, для нашого процесу в момент хімічної рівноваги

знак означає рівноважна концентрація.

Виникає питання, що станеться з рівновагою, якщо підвищити чи знизити температуру, чи змінити інші умови? Відповісти на подібне запитання можна, знаючи принцип Ле-Шательє:

якщо змінити умови (t, p, c), за яких система перебуває у стані рівноваги, то рівновага зміститься у бік того процесу, який протидіє зміні.

Іншими словами, рівноважна система завжди чинить опір будь-якому впливу ззовні, як противиться волі батьків примхлива дитина, яка робить «все навпаки».

Розглянемо приклад. Нехай встановилася рівновага реакції отримання аміаку:

Запитання.Чи однакова кількість молів реагуючих газів до і після реакції? Якщо реакція йде у замкнутому обсязі, коли тиск більший: до або після реакції?

Очевидно, що цей процес відбувається зі зменшенням числа молекул газів, отже, тискпід час прямої реакції зменшується. У зворотнійреакції - навпаки, тиск у суміші збільшується.

Задамо собі питання, що станеться, якщо у цій системі підвищититиск? За принципом Ле-Шательє піде та реакція, що «робить навпаки», тобто. знижуєтиск. Це – пряма реакція: менше молекул газу – менший тиск.

Отже, припідвищенні тиску рівновага зміщується у бік прямого процесу, детиск знижується, оскільки зменшується число молекулгазів.

Завдання ЄДІ.При підвищеннітиску рівновагу зміщується праворучв системі:

Якщо в результаті реакції число молекулгазів не змінюється, то зміна тиску положення рівноваги не впливає.

Завдання ЄДІ.Зміна тиску впливає зміщення рівноваги у системі:

Положення рівноваги цієї та будь-якої іншої реакції залежить від концентрації речовин, що реагують: збільшуючи концентрацію вихідних речовин і зменшуючи концентрацію отриманих речовин, ми завжди зміщуємо рівновагу у бік прямої реакції (вправо).

Завдання ЄДІ.

зміститься вліво при:

1. підвищення тиску;
2. зниження температури;
3. підвищення концентрації ЗІ;
4. зниження концентрації СО.

Процес синтезу аміаку екзотермічний, тобто супроводжується виділенням теплоти, тобто підвищенням температуриу суміші.

Запитання.Як зміститься рівновага в цій системі при зниженні температури?

Розмірковуючи аналогічно, робимо висновок: при зниженні температури рівновага зміститься у бік утворення аміаку, тому що в цій реакції теплота виділяється, а температурапідвищується.

Запитання.Як зміниться швидкість хімічної реакції при зниженні температури?

Вочевидь, що з пониженні температури різко знизиться швидкість обох реакцій, т. е. доведеться дуже чекати, коли ж встановиться бажане рівновагу. Що робити? В цьому випадку необхідний каталізатор. Він хоч і не впливає на положення рівновагиале прискорює настання цього стану.

Завдання ЄДІ.Хімічне рівновагу у системі

зміщується у бік утворення продукту реакції при:

1. підвищення тиску;
2. підвищення температури;
3. зниженні тиску;
4. застосування каталізатора.

Висновки

Швидкість хімічної реакції залежить від:

• природи частинок, що реагують;
• концентрації або площі поверхні розділу речовин, що реагують;
• температури;
• наявності каталізатора.

Рівновага встановлюється, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотного процесу. У цьому випадку рівноважна концентрація речовин, що реагують, не змінюється. Стан хімічної рівноваги залежить від умов і підпорядковується принципу Ле-Шательє.

Основні поняття, що вивчаються:

Швидкість хімічних реакцій

Молярна концентрація

Кінетика

Гомогенні та гетерогенні реакції

Чинники, що впливають на швидкість хімічних реакцій

Каталізатор, інгібітор

Каталіз

Зворотні та незворотні реакції

Хімічна рівновага

Хімічні реакції – це реакції, у яких з одних речовин виходять інші (з вихідних речовин утворюються нові речовини). Одні хімічні реакції протікають за частки секунди (вибух), інші – за хвилини, дні, роки, десятиліття тощо.

Наприклад: миттєво із запаленням і вибухом відбувається реакція горіння пороху, а реакція потемніння срібла або іржавіння заліза (корозія) йде так повільно, що простежити за її результатом можна лише після тривалого часу.

Для характеристики швидкості хімічної реакції використовують поняття швидкості хімічної реакції -.

Швидкість хімічної реакції- Це зміна концентрації однієї з реагуючих речовин реакції в одиницю часу.

Формула обчислення швидкості хімічної реакції:

υ =	з 2 – з 1	=	∆ с
t 2 – t 1	∆ t

з 1 – молярна концентрація речовини у початковий момент часу t 1

з 2 – молярна концентрація речовини у початковий момент часу t 2

Оскільки швидкість хімічної реакції характеризується зміною молярної концентрації реагуючих речовин (початкових речовин), то t 2 > t 1 , і з 2 > з 1 (концентрація вихідних речовин зменшується у міру протікання реакції).

Молярна концентрація (с)- Це кількість речовини в одиниці об'єму. Одиниця виміру молярної концентрації - [моль/л].

Розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних реакцій, називається хімічною кінетикою. Знаючи її закони, людина може керувати хімічними процесами, задавати їм певну швидкість.

При розрахунку швидкості хімічної реакції слід пам'ятати, що реакції поділяються на гомогенні та гетерогенні.

Гомогенні реакції- Реакції, які протікають в одному середовищі (тобто реагуючі речовини знаходяться в однаковому агрегатному стані; наприклад: газ + газ, рідина + рідина).

Гетерогенні реакції- Це реакції, що протікають між речовинами в неоднорідному середовищі (є поверхня розділу фаз, тобто реагуючі речовини знаходяться в різному агрегатному стані; наприклад: газ + рідина, рідина + тверда речовина).

Ця формула розрахунку швидкості хімічної реакції справедлива лише для гомогенних реакцій. Якщо реакція гетерогенна, то вона може йти тільки на поверхні розділу речовин, що реагують.

Для гетерогенної реакції швидкість обчислюється за такою формулою:

∆ν – зміна кількості речовини

S – площа поверхні поділу фаз

∆t – проміжок часу, за який проходила реакція

Швидкість хімічних реакцій залежить від різних факторів: природи речовин, що реагують, концентрації речовин, температури, каталізаторів або інгібіторів.

Залежність швидкості реакцій від природи речовин, що реагують.

Розберемо цю залежність швидкості реакції на прикладі: опустимо у дві пробірки, в яких знаходиться однакова кількість розчину соляної кислоти (HCl), однакові за площею гранули металів: у першу пробірку гранулу заліза (Fe), а в другу – гранулу магнію (Mg). В результаті спостережень, за швидкістю виділення водню (Н 2), можна помітити, що з найбільшою швидкістю із соляною кислотою реагує магній, ніж залізо. На швидкість цієї хімічної реакції впливає природа металу (тобто. магній більш хімічно активний метал, ніж залізо, і тому енергійніше взаємодіє з кислотою).

Залежність швидкості хімічних реакцій від концентрації речовин, що реагують.

Що концентрація реагує (вихідного) речовини, то швидше протікає реакція. І навпаки, що менше концентрація реагує речовини, то повільніше йде реакція.

Наприклад: наллємо в одну пробірку концентрований розчин соляної кислоти (HCl), а в іншу – розведений розчин соляної кислоти. Покладемо в обидві пробірки гранулою цинку (Zn). Поспостерігаємо, за швидкістю виділення водню, що реакція швидше піде у першій пробірці, т.к. концентрація соляної кислоти у ній більше, ніж у другій пробірці.

Для визначення залежності швидкості хімічної реакції застосовують закон дії (діючих) мас : швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у ступенях, що дорівнюють їх коефіцієнтам.

Наприклад, для реакції, що протікає за схемою: nA + mB → D , швидкість хімічної реакції визначають за формулою:

х.р. = k · C (A) n · C (B) m де

υ х.р - швидкість хімічної реакції

C (A) – А

C (В) – молярна концентрація речовиниУ

n та m – їх коефіцієнти

k – константа швидкості хімічної реакції (довідкова величина).

Закон дії мас не поширюється на речовини, що у твердому стані, т.к. їх концентрація стала (внаслідок того, що вони реагують лише на поверхні, що залишається незмінною).

Наприклад: для реакції 2 Cu + O 2 = 2CuO швидкість реакції визначають за формулою:

х.р. = k · C (O 2)

ЗАВДАННЯ: Константа швидкості реакції 2А + В = D дорівнює 0,005. обчислити швидкість реакції при молярній концентрації речовини А = 0,6 моль/л, речовини = 0,8 моль/л.

Залежність швидкості хімічної реакції від температури.

Ця залежність визначається правилом Вант - Гоффа (1884г.): зі збільшенням температура кожні 10 З про швидкість хімічної реакції збільшується загалом у 2 – 4 разу.

Так, взаємодія водню (Н 2) та кисню (Про 2) при кімнатній температурі майже не відбувається, така мала швидкість цієї хімічної реакції. Але при температурі 500 ° С ця реакція протікає за 50 хвилин, а при температурі 700 ° С – майже миттєво.

Формула розрахунку швидкості хімічної реакції за правилом Вант - Гоффа:

де: t 1 і t 2 - швидкості хімічних реакцій при t 2 і t 1

γ – температурний коефіцієнт, який показує у скільки разів збільшується швидкість реакції з підвищенням температури на 10 о.

Зміна швидкості реакції:

2. Підставимо дані з умови завдання до формули:

Залежність швидкості реакцій від спеціальних речовин – каталізаторів та інгібіторів.

Каталізатор- Речовина, яка збільшує швидкість хімічної реакції, але сама в ній не бере участі.

Інгібітор- Речовина, що уповільнює хімічну реакцію, але сама в ній не беруть участь.

Приклад: в пробірку з розчином 3% перекису водню (Н 2 Про 2), яку нагріли, внесемо тліє скіпку - вона не загориться, т.к. швидкість реакції розкладання перекису водню на воду (Н 2 Про) і кисень (Про 2) дуже мала, і кисню, що утворився, недостатньо для проведення якісної реакції на кисень (підтримання горіння). Тепер внесемо в пробірку трохи чорного порошку оксиду марганцю (IV) (MnO 2) і побачимо, що почалося бурхливе виділення бульбашок газу (кисню), а внесена в пробірку лучина, що тліє, яскраво спалахує. MnO 2 - каталізатор даної реакції, він прискорив швидкість реакції, але сам у ній не брав участі (це можна довести зваживши каталізатор до і після проведення реакції - його маса не зміниться).

Хімічні методи

Фізичні методи

Методи вимірювання швидкості реакції

У наведеному вище прикладі швидкість реакції між карбонатом кальцію і кислотою вимірювали шляхом вивчення залежності обсягу газу, що виділився від часу. Досвідчені дані про швидкості реакції можна отримувати вимірюванням інших величин.

Якщо під час реакції змінюється загальна кількість газоподібних речовин, то її протіканням можна спостерігати, вимірюючи тиск газу за постійному обсязі. У тих випадках, коли одна з вихідних речовин або одна з продуктів реакції забарвлена, за ходом реакції можна стежити, спостерігаючи зміну забарвлення розчину. Іншим оптичним методом є вимірювання обертання площини поляризації світла (якщо вихідні речовини і продукти реакції мають різну обертову здатність).

Деякі реакції супроводжуються зміною числа іонів у розчині. У разі швидкість реакції можна вивчати шляхом вимірювання електричної провідності розчину. У наступному розділі будуть розглянуті деякі інші електрохімічні методи, які можна використовувати для вимірювання швидкостей реакцій.

За ходом реакції можна стежити, вимірюючи у часі концентрацію одного з учасників реакції за допомогою різноманітних методів хімічного аналізу. Реакцію проводять у термостатованій судині. Через певні проміжки часу судини відбирають пробу розчину (або газу) і визначають концентрацію одного з компонентів. Для отримання надійних результатів важливо, щоб у пробі, відібраної для аналізу реакція не відбувалася. Це досягається шляхом хімічного зв'язування одного з реагентів, різким охолодженням або розведенням розчину.

Експериментальні дослідження показують, що швидкість реакції залежить від кількох факторів. Розглянемо вплив цих чинників на якісному рівні.

1.Природа реагуючих речовин.З лабораторної практики ми знаємо, що нейтралізація кислоти є основою

Н + + ВІН - ® Н 2 О

взаємодія солей з утворенням малорозчинної сполуки

Ag + + Cl – ® AgCl

та інші реакції у розчинах електролітів відбуваються дуже швидко. Час, необхідний для завершення таких реакцій, вимірюється в мілісекундах і навіть мікросекундах. Це зрозуміло, т.к. сутність таких реакцій полягає у зближенні та з'єднанні заряджених частинок із зарядами протилежного знака.

На противагу іонним реакціям взаємодія між ковалентно зв'язаними молекулами зазвичай протікає набагато повільніше. Адже в ході реакції між такими частинками має статися розрив зв'язків у молекулах вихідних речовин. Для цього стикаються молекули повинні мати певний запас енергії. Крім того, якщо молекули досить складні, для того, щоб відбулася між ними реакція, вони повинні бути певним чином орієнтовані у просторі.

2. Концентрація реагуючих речовин. Швидкість хімічної реакції, за інших рівних умов, залежить від кількості зіткнень частинок, що реагують, в одиницю часу. Імовірність зіткнень залежить від кількості частинок в одиниці обсягу, тобто. від концентрації. Тому швидкість реакції збільшується із підвищенням концентрації.

3. Фізичний стан речовин. У гомогенних системах швидкість реакції залежить від числа зіткнень частинок об'єм розчину(або газу). У гетерогенних системах хімічна взаємодія відбувається на поверхні розділу фаз. Збільшення площі поверхні твердої речовини при подрібненні полегшує доступ реагуючих частинок до частинок твердої речовини, що призводить до істотного прискорення реакції.

4. Температураістотно впливає на швидкість різноманітних хімічних та біологічних процесів. При збільшенні температури підвищується кінетична енергія частинок, отже, збільшується частка частинок, енергія яких є достатньою для хімічної взаємодії.

5. Стеричний факторхарактеризує необхідність взаємної орієнтації частинок, що реагують. Чим складніше молекули, тим менша ймовірність їх належної орієнтації, тим менша ефективність зіткнень.

6. Наявність каталізаторів.Каталізаторами називаються речовини, у присутності яких змінюється швидкість хімічної реакції.Вони вводяться в реакційну систему в невеликих кількостях і залишаються після реакції незмінними, вони здатні надзвичайно змінювати швидкість процесу.

Основні чинники, яких залежить швидкість реакції, будуть докладніше розглянуті нижче.