6.1. Поняття про швидкість хімічної реакції

Вихідним та наріжним поняттям хімічній кінетиці є поняття про швидкість хімічної реакції.

Швидкість хімічної реакції дорівнює зміні кількості речовини за одиницю часу в одиниці реакційного простору. У залежності від типу хімічної реакції (гомоґенна чи гетероґенна) змінюється характер реакційного простору. Гомоґенною реакцією називається реакція, що перебігає в однорідному середовищі (одній фазі). Гетероґенні реакції перебігають на межі поділу фаз, наприклад твердої та рідкої, твердої та газоподібної, двох рідких, що обмежено змішуються, тощо. Реакційним простором гомоґенних реакцій є об’єм, заповнений реагуючими речовинами. Оскільки відношення кількості речовини до одиниці об’єму називається концентрацією (С), то швидкість гомоґенної реакції дорівнює зміні концентрації продуктів чи вихідних речовин за часом. Розрізняють середню та миттєву швидкості реакції.

Середня швидкість реакції v визначається за формулою:

v =  (6.1.)

де С₂ та С₁ концентрації вихідної речовини (чи продукту реакції) у моменти часу t₂ та t₁. Якщо у рівнянні стоїть концентрація вихідної речовини, яка зменшується, то перед відношенням має стояти мінус, якщо ж у рівнянні розглядається концентрація продукту, яка з часом зростає, то має бути плюс.

Концентрація вихідної речовини (С) в залежності від хімічної природи взаємодії може змінюватися з часом як лінійно, та і відповідно до більш складних закономірностей (параболічних, гіперболічних, експоненційних, тощо). Для лінійної залежності середня швидкість однозначно характеризує перебіг процесу (мал.6.1(а)), оскільки вона визначається танґенсом кута нахилу прямої до осі часу (ΔC/Δt = tg(α)).

Для нелінійної залежності концентрації від часу (мал.6.1(б)) середня швидкість є грубим наближенням, оскільки в інтервалі часуt₂ – t₁, вона не залишається сталою.

Мал..6.1. Залежність концентрації реагуючої речовини від часу для

лінійного (а) та нелінійного (б) процесів.

Чим менше інтервал часу Δt, тим ближче значення середньої швидкості процесу до її істинного значення у момент часу t. У граничному випадку Δt → 0 одержимо: v = (6.2.)

Таким чином, істинна швидкість реакції (v) дорівнює першій похідній від концентрації за часом і визначається тангенсом кута нахилу дотичної до графіка С = f(t) у точці, що відповідає даному моментові часу dC/dt = tg(α).

Швидкість реакції вважається завжди додатною, тому похідна концентрацій вихідних речовин береться зі знаком мінус, а продуктів реакції – зі знаком плюс.

З визначення швидкості реакції випливає, що швидкість реакції у SI має одиницю вимірювання [моль · м^-3 · с^-1], однак також використовуються й інші одиниці вимірювання [моль · л^-1 · с^-1], [моль · см^-3 · с^-1], [моль · см^-3 · хв^-1], тощо.

На швидкість реакції впливає багато чинників: концентрація реаґентів, температура, природа реагуючих речовин, тиск (для реакцій із газами), каталізатори. Окрім того на перебіг реакцій впливають: форма та матеріал посудини (для ланцюгових реакцій), ступінь подрібнення реаґентів (для гетероґенних реакцій), природа розчинника для реакцій у розчинах, швидкість перемішування, освітлення та інші дії електромагнітних полів.