§4.3. Швидкість хімічних реакцій. Фактори, від яких залежить швидкість реакції

КІНЕТИКА – це наука про швидкість і механізми хімічних реак­цій.

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ дорівнює зміні концент­ра­ції реагуючих речовин за одиницю часу:

	де υ – швидкість хімічної реакції (моль/л•сек)
	Δc – зміна молярної концентрації реагуючих речовин або продуктів реакції (моль/л)
	Δt – зміна часу (сек).

ЧИННИКИ, ВІД ЯКИХ ЗАЛЕЖИТЬ ШВИДКІСТЬ – це умови, які змінюють швидкість хімічних реакцій:

1) Природа реагуючих речовин

2) Концентрація реагуючих речовин.

3) Температура.

4) Каталізатори (ферменти, гормони, ензими).

5) Інші чинники.

Отже, можна узагальнити від яких чинників залежить швидкість реакції і яка причина впливу кожного чинника.

Таблиця 7.

Залежить	Причина
Від ПРИРОДИ реагуючих речовин	• характер зв'язку • міцність молекул речовин
Від КОНЦЕНТРАЦІЇ реагуючих речовин	• збільшення числа зіткнень зі збільшенням числа частинок
Від ТЕМПЕРАТУРИ	• збільшення числа активованих молекул • збільшення кінетичної енергії частинок • збільшення числа зіткнень.
Від КАТАЛІЗАТОРА: гомогенного гетерогенного	• каталізатор утворює проміжний комплекс з реагентом • знижує енергію активації молекул реагенту. • каталізатор адсорбує речовини • збільшує концентрацію речовин • знижує енергію активації реагуючих молекул.

1) Вплив природи реагуючих речовин

Швидкість залежить від агрегатного стану речовини, характе­ру зв'язків, будови речовини. Важливе значення має сила і тип хімічного зв'язку. Для органічних речовин – це σ- і -зв’язки. Речовини з σ-зв’язками вступають в реакції повільніше, ніж речовини з - зв’яз­ками. Для неорганічних сполук з йонним і полярним ковалентним зв'язками, реакції проходять з найбільшою швидкістю.

Наприклад, реакції між газоподібними речовинами йдуть з вибухом, в розчинах швидко, а між твердими речовинами дуже повіль­но.

Фтор (газоподібний) з Гідрогеном реагує з вибухом при кімнат­ній температурі, а Бром (рідкий) з Гідрогеном взаємодіє повільно на­віть при нагріванні.

Оксид кальцію вступає в реакцію з водою енергійно, з виді­лен­ням тепла; оксид міді – не реагує.

Реакції поділяють на:

• Гомогенні – коли реагенти і продукти реакції знаходяться в одній фазі.

Наприклад, 2SО_{2 (газ)}+ О_{2 (газ)} = 2SО_{3 (газ)}.

• Гетерогенні – коли реагенти і продукти реакції знаходяться в різних фазах.

Наприклад, Fe₃O_{4 (твердий)} + 4CO _(газ)  3Fe _{(твердий)} + 4CO_{2 (газ)}.

Гомогенні реакції (крім твердофазних) протікають швидше, ніж гетерогенні. Швидкість протікання гетерогенної реакції обмежується площею поверхні розділу фаз.

2) Вплив концентрації реагуючих речовин

Реакції відбуваються при зіткненні молекул або атомів реагуючих речовин. Чим більша концентрація речовин, тим частіше відбува­ються такі зіткнення.

Залежність швидкості реакції від КОНЦЕНТРАЦІЇ виражає основний закон кінетики – ЗАКОН ДІЮЧИХ МАС (Гульдберг, Вааге, 1864-1867 р.р): швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин.

Для реакції aA + bB + ...  сС + dD, швидкість реакції запише­ть­ся як

v = k • с_А^а • с_В^в • ... , або v = k • [A]^a • [B]^b • ... ,

– де с_A і с_B (або [A] і [B]) – молярні концентрації реагуючих речовин А і В, k – константа швидкості реакції

КОНСТАНТА ШВИДКОСТІ (K) дорівнює швидкості даної реакції, якщо концентрації речовин рівні 1 моль/л. Константа k залежить від природи реагуючих речовин і від температури, але не залежить від концентрації.

 Запам'ятати! Швидкість залежить від концентрації газоподіб­них і рідких речовин і не залежить від концентрації твердих речовин

Наприклад:	2SO2 + О2 = 2SO3	але	2Fe(тв) + 3Cl2(газ) = 2FeCl3(тв)
	v = k[SО2]2•[О2]		v = k[Cl2]3

Задача 1. Як зміниться швидкість реакції синтезу аміаку N₂ + 3Н₂ = = 2NН₃, якщо концентрацію водню збільшити в три рази?

v₁ = k[N₂]•[H₂]³ v₂ = k[N₂]•[3Н₂]³ = k[N₂]•3³•[H₂]³ = 27 v₁

Відповідь: швидкість реакції збільшиться в 27 разів.

Деякі приклади впливу концентрації речовин на швидкість хі­мічних. реакцій в ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ:

• Якщо хворий приймає ліки, він збільшує концентрацію деяких ре­човин і, отже, швидкість деяких біохімічних процесів. Тому правильне дозування ліків має дуже велике значення в медицині.

• Для життєдіяльності всіх клітин необхідна достатня кількість кисню. Швидкість обміну речовин в клітинах мозку найбільша, тому клітини мозку страждають і гинуть від нестачі кисню першими (після 5-ти хвилин без кисню!).