Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

План:
Скорость химической реакции
Гетерогенные и гомогенные реакции
Зависимость скорости реакции от различных факторов:
Природа реагирующих веществ
Концентрация веществ
Площадь соприкосновения веществ
Температура
Присутствие катализаторов или ингибиторов

Скорость химической реакции
Обозначается ν
1 моль/л∙с
1 кмоль/м3∙мин
определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени
v=±Δc ∕Δt
ΔC=с2-с1
Δt=t2-t1

Раздел химии, изучающий скорость химической реакции, называется химической кинетикой.

Гетерогенные реакции
Это реакции идущие между веществами в неоднородной среде. Например, на поверхности соприкосновения твердого вещества и жидкости, газа и жидкости и т.д.

Гомогенные реакции
Это реакции протекающие в однородной среде(нет поверхности раздела реагирующих веществ). Например в смеси газов или в растворах.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции
природа реагирующих веществ;
концентрация реагирующих веществ
поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).
температура;
действие катализаторов.

1. Природа реагирующих веществ.
Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах.

Теория столкновений.
Основная идея теории: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые».
Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.
Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.

2. Концентрации реагирующих веществ.
На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.

Закон действующих масс.
Гульдберг (1836-1902). Норвежский физикохимик.
П. Вааге (1833-1900). Норвежский ученый.
V=kcAacBb
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.

3.Поверхность соприкосновения реагирующих веществ.
Скорость реакции увеличивается благодаря:
-увеличению площади поверхности соприкосновения реагентов (измельчение);
-повышению реакционной способности частиц на поверхности образующихся при измельчении микрокристаллов;
-непрерывному подводу реагентов и хорошему отводу продуктов с поверхности, где идёт реакция.
Фактор связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ - твердое вещество, газ - жидкость, жидкость - твердое вещество, жидкость - другая жидкость, твердое вещество - другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге.

4. Температура
При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%).
Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.

Правило Вант-Гоффа
Я. Вант-Гофф (1852 -1911). Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии
При повышении температуры на каждые 10◦С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

5. Действие катализатора
Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.
Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.
Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.
Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.

Различают два вида катализа:
Гомогенный катализ, при котором и катализатор, и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (фазе).
Например, ферментативно-каталитические реакции в клетках организма проходят в водном растворе.
Гетерогенный катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах.
Например, разложение пероксида водорода в присутствии твердого катализатора оксида марганца(IV):
MnO2(т)
2H2O2(ж) 2H2O(ж) + O2↑(г)