Природа реагентов

Скорость химической реакции зависит от природы реагентов. Здесь большую роль играет характер химических связей в соединениях, строение их молекул. Например,

2HCl + Zn → ZnCl₂ + H₂↑                                         быстро

2CH₃COOH + Zn → Zn(CH₃COO)₂ + H₂↑               медленно

Демонстрация опыта

Концентрация реагентов

Чтобы произошло взаимодействие, частицы реагирующих веществ в гомогенной системе должны столкнуться. Число столкновений пропорционально числу частиц реагирующих веществ в объеме реактора, т.е. их молярным концентрациям. Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов (закон действующих масс для скорости химической реакции).

где [А], [В], [D], [E] – концентрации вещества, моль/л;
k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

Константа скорости k зависит от природы реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ. Константа скорости численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л.

Демонстрация опыта

Температура реакции

Правило Вант-Гоффа. При повышении температуры скорость большинства химических реакций существенно увеличивается, причем для реакций в гомогенных системах при нагревании на каждые 10° скорость реакции возрастает в 2–4 раза.

где V(t₁) и V(t₂) – скорости реакции соответственно при начальной и конечной температурах;
α – температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при увеличении температуры на 10°.

Демонстрация опыта

При повышении температуры в арифметической прогрессии скорость реакции возрастает в геометрической прогрессии. Объяснить такой эффект увеличением молекулярных столкновений нельзя, так как, согласно расчетам, при повышении температуры на 10? общее число столкновений молекул возрастает на 1,6 %, в то время как число прореагировавших молекул возрастает на 200–400 %.

Резкое увеличение скорости реакции с изменением температуры объясняет теория активации Аррениуса.

В химические взаимодействия вступают только активные частицы, обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции. Доля активных столкновений, равная отношению их числа n_эф. к общему числу столкновений n, изменяется с температурой.

где Т – температура, К;
R – универсальная газовая постоянная;
Е – энергия (кДж/моль), которую нужно сообщить молекулам реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные (энергия активации).

Поверхность соприкосновения реагентов

Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция.

Демонстрация опыта

Присутствие катализаторов

Катализаторы – вещества, увеличивающие скорость реакции, но не входящие в состав конечных продуктов. Увеличение скорости реакции под действием катализатора называется катализом. Во многих случаях катализаторы образуют с одним из реагирующих веществ промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом, образуя продукт и высвобождая катализатор. Иногда употребляют отрицательные катализаторы – ингибиторы, которые замедляют нежелательные химические реакции.