1. Швидкість хімічних реакцій

Для гомогенних процесів, що відбуваються без зміни об’єму, швидкість хімічної реакції визначають як зміну концентрацій реагуючих речовин або продуктів реакції за одиницю часу. Швидкістю гетерогенної реакції називають кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється під час реакції за одиницю часу на одиниці поверхні фаз.

Швидкість хімічних реакцій залежить від природи реагуючих речовин, їх концентрацій, температури, наявності каталізатора і деяких інших зовнішніх факторів.

Залежність швидкості реакції від концентрації

Закон діючих мас (Гульдберг і Вааге): при сталій температурі швидкість хімічних реакцій пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин в степенях, що є їх коефіцієнтами в рівнянні хімічної реакції.

Для гомогенної реакції: швидкість реакції:

,

де С_A і С_B – концентрації речовин А і В в моль/л;

– константа швидкості хімічної реакції, залежить від температури, природи реагуючих речовин і від наявності каталізатора, але не залежить від концентрації. Константа швидкості кількісно рівна швидкості реакції, коли .

Якщо реагують гази, то концентрації можна замінити парціальними тисками газів. Наприклад, для реакції у газовій фазі:

;

або .

Швидкість гетерогенних хімічних реакцій залежить лише від концентрації речовин у рідкій чи газоподібній фазі. Тверді речовини у рівняння швидкості не включаються.

Наприклад:

;

.

Залежність швидкості хімічної реакції від температури

Вплив температури на підвищення швидкості хімічної реакції пояснює теорія активації.

Надлишкова енергія, яку повинні мати молекули, щоб їх зіткнення могло призвести до утворення нової речовини, називається енергією активації (Е_a, кДж/моль). Молекули, енергія яких досягає енергії активації, називаються активними.

Підвищення температури збільшує кінетичну енергію і кількість активних молекул, а це призводить до зростання швидкості хімічної реакції.

Взаємозв’язок між температурою, енергією активації та швидкістю хімічної реакції визначається рівнянням Арреніуса:

,

де – константа швидкості;

–множник Арреніуса, який оцінює кількість ефективних зіткнень;

– основа натурального логарифма;

– енергія активації;

– температура.

Наближено залежність швидкості реакції від температури визначають за правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість більшості гомогенних реакцій зростає в 2-4 рази.

,

де - швидкості реакції при температурах і ;

і - початкова і кінцева температури;

- температурний коефіцієнт швидкості: показує, у скільки саме разів змінюється швидкість даної реакції при зміні температури на кожні 10 градусів. Для більшості хімічних реакцій .

2. Каталіз та каталізатори

Каталізатори – це речовини, що збільшують швидкість реакції, кількісно і якісно при цьому не змінюючись. Речовини, що зменшують швидкість реакцій, називаються від’ємними каталізаторами, або інгібіторами.

Реакції, що відбуваються під дією каталізаторів, називаються каталітичними.

При гомогенному каталізі всі реагуючі речовини і каталізатор утворюють одну фазу (газоподібну або рідку).

При гетерогенному каталізі каталізатор перебуває в іншому агрегатному стані, ніж реагуючі речовини. Це, як правило, тверда речовина, на поверхні якої відбуваються каталітичні процеси.