2. Фактори, які впливають на швидкість реакції у гомогенній і гетерогенній системах. Правило Вант-Гоффа.

Швидкість хімічної реакції першочергово визначається природою реагуючих речовин. Для зясування природи реагуючих речовин ми з вами вивчали будову атома та періодичну систему хімічних елементів. Деаким елементам легше відати електрони активні метали, а деяким легше, енергетично вигідно їх приєднати. До факторів, які можуть змінювати швидкість відносять концентрація реагуючих речовин, температура і каталізатори. Якщо охарактеризовувати гетерогенні системи то для них ще один фактор – ступінь подрібнення.(слай № 11)

Швидкість хімічної реакції залежить від природи реагуючих речовин, це пояснюється тим, що чим активніші метали, тим вони швидше вступатимуть у хімічну реакцію, чим сильніші кислоти, тим швидкість буде вищою і т. д. (слайд № 12).

Залежність від концентрації. Що таке концентрація? Ясно, чим більша концентрація, тим більше молекул міститься в одиниці об’єму або біля одиниці поверхні. А чим їх більше , тим частіше вони зіштовхуються і тим більша вірогідність реакції між ними. Таким чином, підвищення концентрації реагуючих речовин приводить до збільшення швидкості хімічної реакції. Кількісну залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин визначає закон діючих мас: при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій речовин, що реагують взятих в степенях, що відповідають їх стехіометричним коефіцієнтом. Розглянемо простий приклад: mA+nB=C .

Дане правило не поширюється на тверді речовини, концентрацію яких виміряти не можливо. Наведений приклад відтворює найпростіший випадок, коли взаємодіють дві молекули-так звана бімолекулярна (бі- означає два) реакція. Якщо ж у реакції беруть участь більше молекул, треба врахувати концентрації та стехіометричні коефіцієнти їх усіх. (слайд № 13 - 14)

Швидкість переважної більшості реакції зі збільшенням температури зростає.

Із збільшенням температури прискорюється Броунівський рух (пригадаємо, що це хаотичний рух) молекул, а з ним зростають частота співударів молекул і їх кінетична енергія, тобто, сила, з якою вони зіштовхуються хімічна ж реакція проходить не при кожному співударі, а лише тоді, коли спільна кінетична енергія обох учасників цього співудару перевищує енергію активації, енергію розриву одного із зв’язків.

Збільшення швидкості реакції із збільшенням температури прийнято називати температурним коефіцієнтом реакції.

Цей коефіцієнт показує, в скільки разів зростає швидкість реакції при підвищені температурі на кожні 10°С. Порядок такого збільшення дає емпіричне правило Вант-Гоффа (1884р.). Згідно правила Вант-Гоффа, при підвищенні температури на кожні 10 °С, швидкість реакції збільшується в 2-4 рази. Отже, температурний коефіцієнт лежить в межах 2-4.

В математичній формі правило Вант-Гоффа записується так:

де Dt – різниця (зростання) температур; v₁ – швидкість реакції до підвищення температури; v₂ – швидкість реакції після підвищення температури (при температурі t₂); g - температурний коефіцієнт швидкості реакції (g=2…4).

Температурний коефіцієнт показує, у скільки разів зросте швидкість реакції у разі підвищення температури на 10 градусів.

Це рівняння є наближеним, оскільки швидкість реакції, крім температури залежить також від енергії активації, яка, в свою чергу, залежить від температури. (слайд № 15- 16)

Усі ці залежності виводилися для гомогенних процесів. Швидкість гетерогенної реакції відповідає тим самим закономірностям, тобто залежить від температури, природи речовин, що реагують, і їх концентрації, але в формулі для визначення швидкості реакції один із множників повинен бути зв’язаний з площею поверхні розділу, а другий – зі швидкістю підводу речовини в зону реакції.

В гетерогенних процесах виділяють три стадії:

1. Підвід речовини, що реагує, до поверхні.

2. Хімічна реакція на поверхні.

3. Відвід продуктів реакції.

Загальна швидкість гетерогенного процесу визначається природно, швидкістю найповільнішої з цих стадій.

Залежність від каталізаторів. Дане питання ви розберете при самостійному вивчені (слайд № 17-18).

Ми говорили, що різницею гомогенної та гетерогенної систем є знаходження речовин у агрегатних станах. Для гетерогенної системи є така характеристика як площа поверхні розділу. Чим більша площа поверхні, тим більше контактують молекул, тим реакція проходить швидше. (слайд № 19)