Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Увеличивают скорость |
Уменьшают скорость |
Наличие химически активных реагентов |
Наличие химически неактивных реагентов |
Повышение концентрации реагентов |
Понижение концентрации реагентов |
Увеличение поверхности твердых и жидких реагентов |
Уменьшение поверхности твердых и жидких реагентов |
Повышение температуры |
Понижение температуры |
Присутствие катализатора |
Присутствие ингибитора |
Влияние природы реагентов
При замене серной кислоты (сильной кислоты) на уксусную (слабую кислоту) скорость реакции кислоты с металлом во всех случаях существенно замедляется. Можно сделать вывод, что на скорость реакции металла с кислотой влияет природа обоих реагентов – как металла, так и кислоты.
Влияние концентраций реагентов
Чем выше концентрация вещества, тем больше частиц в единице объема, тем чаще они сталкиваются. Количественно это выражается так называемым законом действующих масс – скорость реакции пропорциональна концентрациям реагентов в некоторых степенях. Например, для следующих ниже уравнений реакций выражения скорости такие: А = С, r = kсA;
А + В = С, А + 2В = С, |
r = kсAсВ; r = kсAсВсB = kсAсВ2. |
Величина k – коэффициент пропорциональности – называется константой скорости реакции и не зависит от концентраций. Численно этот коэффициент равен скорости реакции, если произведение концентраций реагентов равно 1. Когда сравнивают скорости разных реакций, то сравнивают именно их константы скоростей. Скорость реакций, протекающих в несколько последовательных стадий, определяется самой медленной из этих стадий.
Влияние температуры. Энергия активации
Влияние температуры на протекание химической реакции двояко. Во-первых, температура может влиять на состав продуктов, может изменить не только ее скорость, но и ее путь, т.е. привести к другим продуктам. Во-вторых, подавляющее большинство реакций ускоряются при увеличении температуры.
Из
физики известно, что скорость движения
молекул газа пропорциональна корню
квадратному из температуры:
Действительная роль повышения температуры в ускорении реакций заключается в том, что с повышением температуры быстро, экспоненциально, растет число так называемых «активных» молекул, т.е. молекул, обладающих энергией, большей, чем энергия активации. Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на десять градусов скорость увеличивается в число раз, равное температурному коэффициенту скорости γ:
γ = vT+10/vT.
Для
многих гомогенных реакций температурный
коэффициент скорости равен 2
4.
В ходе химической реакции происходит перегруппировка атомов, сопровождающаяся разрывом химических связей в исходных веществах и образованием связей в продуктах реакции. При столкновении реагирующих молекул сначала образуется так называемый активированный комплекс, в котором происходит перераспределение электронной плотности, и лишь потом получается конечный продукт реакции:
Энергия активации — это разность между средней энергией молекул при данной температуре и той энергией, которой они должны обладать, чтобы вступить в химическую реакцию.
Более точно и более универсально зависимость константы скорости реакции от температуры выражена уравнением Аррениуса (1889):
Множитель A связан с частотой столкновений частиц и их ориентацией при столкновениях; Ea – энергия активации данной химической реакции.
Если бы не существовало активационного барьера, то и наш мир не существовал бы, т.к. все возможные реакции уже прошли бы. Чем больше энергия активации, тем сильнее скорость реакции зависит от температуры.