7) Скорость химической реакции равна изменению концентрации реагирующего вещества в единицу времени.

Различают среднюю скорость

где Δс=с2-с1 – изменение концентрации вещества за промежуток времени Δt=t2-t1. Знак (+) означает, что вещество образуется, а знак ( - ) – что вещество расходуется в ходе реакции.

Основными факторами, определяющими скорость реакции, являются концентрация, температура и катализатор. Скорость реакций с участием газообразных реагентов зависит также от давления.

Зависимость скорости реакции от температуры. Для большинства реакций справедливо правило Вант-Гоффа: Повышение температуры на 10К увеличивает скорость большинства реакций в 2-4 раза:

где - скорости реакции при Т1 и Т2; γ – термический коэффициент скорости химической реакции .

Молекулы газов и жидкостей испытывают ежесекундно огромное число столкновений. Только очень малая доля столкновений заканчивается химическими превращениями. Такие столкновения называются эффективными соударениями. Молекулы - активными молекулами с большей энергией. Избыточная энергия необходима молекулам для преодоления сил отталкивания внешних электронных оболочек и для образования активированного комплекса, т.е. промежуточного соединения между исходными веществами и конечными продуктами. В активированном комплексе старые связи еще не полностью разрушены, а новые еще не полностью образовались.

Изменение энергии в ходе химической реакции показано схемой процесса активации (рис.3.2). По оси ординат отложена потенциальная энергия системы. Абсцисса - координата реакции или реакционного пути. В процессе химического превращения переход системы из начального состояния с энергией ΣНi в конечное состояние с ΣНf происходит через энергетический барьер .

Энергия активации (Е*) - это энергия, необходимая для перевода в состояние активированного комплекса 1 моль реагирующих веществ. Разность ΣНf - ΣНi составляет тепловой эффект реакции (ΔrH). Для обратной реакции тепловой эффект будет иметь ту же величину, но противоположный знак. Для обратной реакции энергия активации составит величину .

Зависимость константы скорости химической реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

,где k – константа скорости реакции; ko – константа, зависящая от природы реагирующих веществ; Е* - энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура , К. Константа скорости, а следовательно и скорость химической реакции экспоненциально растет с увеличением температуры.

8) Катализаторами называют вещества, ускоряющие химические реакции и остающиеся после реакций химически неизменными. Физическое состояние катализатора может изменяться.

Вещества, замедляющие скорость химических реакций, - ингибиторы. Многие катализаторы обладают селективностью или избирательностью, т.е. способностью ускорять только одну из возможных реакций или только реакции одного класса. Активность катализаторов может быть повышена добавлением небольшого количества веществ, не обладающих каталитической активностью и называемых промоторами или каталитическими активаторами.

Активность катализатора резко уменьшается в присутствии веществ, называемых каталитическими ядами. Если катализатор и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии, обычно газообразном или жидком, то катализ называется гомогенным. В роли катализаторов в гомогенном катализе часто выступают растворы кислот, оснований, солей d-элементов, растворители. Катализ является гетерогенным, если катализатор и реагирующие вещества находятся в разных агрегатных состояниях или образуют самостоятельные фазы. В роли катализаторов в этом случае чаще всего выступают твердые вещества, обычно d-элементы или их соединения. Катализаторы не изменяют энтальпию и энергию Гиббса реакции и не влияют на положение химического равновесия реакции. Катализаторы только увеличивают в равной мере скорость прямой и обратной реакций.

Гомогенный катализ.

Механизм действия катализаторов основан на теории промежуточных соединений (Н.Д.Зелинский, П.Сабатье). Согласно этой теории катализатор образует с реагирующими веществами промежуточные соединения. Энергия активации этого процесса меньше, чем энергия активации некаталитической реакции, что и ведет к увеличению скорости превращения.

Пусть имеются две реакции, протекающие с невысокой скоростью: A + B = AВ, CD = C + D. В присутствии катализатора К реакции протекают в две стадии: А + К = АК, CD + K = CDK, где АК и CDK являются промежуточными соединениями, образующими конечные продукты: АК + В = АВ + К , CDK = C + D + K. Гомогенными каталитическими реакциями являются ферментативные процессы, протекающие в живых организмах. Энергетическая схема реакции A + B = AB приведена на рис.3.3. Из рис.3.3 следует: 1) энергии активации каждой из промежуточных стадий меньше энергии активации некаталитической реакции Е*; 2) использование катализатора не изменяет энтальпию реакции ΔrH.