1.1. Природа речовин, що реагують

У процесі хімічних реакцій відбуваються руйнування хімічних зв’язків, а їхня міцність впливає на швидкість цих реакцій. Наприклад, швидкість реакції металів з водою залежить від активності металу. Na (активний метал) дуже енергійно взаємодіє з водою, реакція може перебігати навіть із вибухом за звичайних умов. А от цинк (менш активний метал) реагує з водою лише при нагріванні, за звичайних умов зміни не спостерігаються.

Як правило, речовини з іонними або ковалентними полярними зв’язками реагують миттєво; з малополярними зв’язками – повільніше. Це пояснює досить низьку швидкість реакцій за участю органічних речовин. Наприклад, цинк реагує з хлоридною кислотою швидше ніж з ацетатною. Швидкість технологічних процесів також залежить від природи речовин, що входять до складу продуктів харчування. Тому спостерігається різний термін часу при варінні крупів, різна ступінь доведення до готовності м’яса різних тварин.

1.2. Агрегатний стан речовин

Хімічна реакція відбувається, коли зіштовхуються атоми, молекули або іони речовин, що реагують. Частота зіткнення часток речовин залежить від швидкості їхнього руху. Найбільшу швидкість частки мають у газах, меншу – у рідинах, а найменшу – у твердих речовинах.

Отже, найбільшу швидкість мають реакції між речовинами, що знаходяться в газоподібному стані.

1.3. Площа поверхні зіткнення речовин, що реагують

Гетерогенними – називаються процеси, що відбуваються на поверхні розділу фаз.

Коли донією з речовин, що реагують, є тверда речовина, реакція перебігає на її поверхні. Чим більша поверхня зіткнення речовин, що реагують, тим частіше зіштовхуються частки і тим вища швидкість хімічної реакції. Збільшення площі поверхні зіткнення речовин досягається шляхом їхнього подрібнення. Наприклад, сірником не можна підпалити поліно, а деревна тріска від нього легко спалахує. Реакція сульфітної кислоти з порошком цинку перебігає бурхливо, а з гранулами - n набагато спокійніше.

При подрібненні твердих речовин збільшується їх загальна площа і доступ молекул іншого реагенту значно поліпшується.

Для гетерогенних реакцій швидкіть прямопропорційна площі поверхні реагуючих речовин.

Цим пояснюються пірофорні властивості деяких матеріалів. Так, в дуже подрібненому (високодисперсному) стані здатні самоспалахувати залізо, нікель, цукор. Це слід враховувати на цукропереробних підприємствах та млинах.

1.4. Вплив тиску

При підвищенні тиску в системі, згідно з відомим законом Бойля-Маріотта, відбувається зменшення загального об’єму:

P₁V₁ = P₂V₂

і прямо пропорційно зростає концентрація реагуючих речовин. Тому, для хімічної реакції:

N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NH_{3 (г )}

можна записати кінетичне рівняння -

ύ = К∙Р_N2 • Р³_H2,

де Р_N2 і Р_H2 - парціальні тиски газів.

1.5. Концентрація реагуючих речовин

Цей фактор є одним з основних, що визначає швидкість хімічних реакцій. Це пояснюється тим, що для взаємодії між молекулами необхідно, щоб вони зіткнулися, тому чим вища концентрація реагуючих речовин, тим більше молекул знаходиться в одиниці об’єму і тим частіше вони стикатимуться одна з одною.

Залежність швидкості простих хімічних реакцій від концентрації була відкрита у 1867 році К.М.Гельдбергом і П.Вааге і має назву закон діючих мас, за яким:

Швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, що беруться в степені, яка дорівнює стехіометричному коефіцієнту, що стоїть перед формулою речовини в рівнянні реакції.

Н_{2 (г)} +СІ_2(г) = 2НСІ_(г) ύ = К • Cн_г • С_СІг

N_2(г) + 3 Н_2(г) = 2NH_{3 (г )} ύ = КC_Nг • C³_H2

Fe _(т) + 3СІ _2(г) = 2 FeСІ_3(т) ύ= К • C³_СІг

С _(т) + О_{2 (г)} = СО_2(г) ύ = К • C_О2

В загальному вигляді формула швидкості між речовинами А і В записується у вигляді:

ύ = К∙Сⁿ_А∙ С^m_В (4.1)

де С_А і С_В- концентрації речовин А і В;

n і m –стехіометричні коефіцієнти;

К– коефіцієнт пропорційності, що називається константою швидкості. Якщо прийняти С_А = С_В = 1, то ύ = К.

Константа швидкості реакції чисельно дорівнює ύ швидкості реакції при концентраціях реагуючих речовин, що дорівнюють 1моль/л.

Константа швидкості визначається природою реагуючих речовин і залежить від температури і каталізатора, але не залежить від концентрації реагуючих речовин. Рівняння (4.1) називається кінетичним рівнянням. Тверді речовини до кінетичного рівняння не входять.

По мірі протікання хімічних реакцій швидкість їх зменшується, бо вихідні речовини витрачаються і їх концентрація знижується. А константа швидкості незалежно від зміни концентрації залишається постійною: К(С)=const.