Главная / Теоретические основы / Скорость реакций

Скорость химических реакций (Химическая кинетика)

1. Что такое скорость реакции?

Скорость химической реакции ($\upsilon$) показывает, как быстро протекает процесс, то есть как быстро расходуются исходные вещества или образуются продукты реакции.

Важно!

Реакция происходит при столкновении частиц. Но не каждое столкновение приводит к реакции, а только эффективное (когда частицы обладают достаточной энергией).

Гомогенные реакции (однородная среда)

Если реагенты находятся в одной фазе (газ + газ или жидкость + жидкость), скорость определяется как изменение концентрации вещества ($\Delta C$) за единицу времени ($\Delta t$):

$$ \upsilon = \frac{\Delta C}{\Delta t} = \pm \frac{C_2 - C_1}{t_2 - t_1} $$ Единица измерения: моль/(л · с)

Гетерогенные реакции (разные фазы)

Если реакция идет на границе раздела фаз (например, твердое + газ), скорость зависит от изменения количества вещества ($\Delta \nu$) на единицу площади поверхности ($S$) за единицу времени:

$$ \upsilon = \frac{\Delta \nu}{S \cdot \Delta t} $$ Единица измерения: моль/(м² · с)

Факторы, влияющие на скорость реакции

Скорость реакции зависит от условий, в которых она протекает. Рассмотрим основные факторы.

1. Температура

При повышении температуры частицы движутся быстрее и сталкиваются чаще. Но главное — резко возрастает доля активных частиц, способных преодолеть энергетический барьер.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2–4 раза.

$$ \upsilon_2 = \upsilon_1 \cdot \gamma^{\frac{t_2 - t_1}{10}} $$ где $\gamma$ — температурный коэффициент (от 2 до 4)

Важно!

Это правило работает и для экзотермических, и для эндотермических реакций. При нагревании скорость всегда растет.

2. Концентрация реагентов

Чем выше концентрация реагирующих веществ (для газов и растворов), тем больше частиц в единице объема и тем чаще они сталкиваются.

Закон действующих масс

Скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их коэффициентов.

Для реакции $aA + bB \to D$:

$$ \upsilon = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b $$ $k$ — константа скорости (зависит только от температуры и природы веществ)

Концентрации твердых веществ в уравнение скорости гетерогенной реакции не входят, так как они реагируют только на поверхности и их концентрация постоянна.

Однако, если твердое вещество то по мере его растворения концентрация вещества в растворе увеличивается, что может влиять на скорость реакций, протекающих уже в жидкой фазе.

3. Давление (только для газов)

Влияет только на реакции с участием газов. Изменение давления равносильно изменению концентрации газа.

Изменение объема сосуда обратно давлению:

Уменьшение объема сосуда в N раз = Увеличение давления в N раз = Увеличение скорости (для газов).
Увеличение объема сосуда в N раз = Уменьшение давления в N раз = Уменьшение скорости (для газов).

N2(г) + 3H2(г) ⇌ 2NH3(г)
Давление влияет (все газы)
CaCO3(тв) ⇌ CaO(тв) + CO2(г)
Давление влияет (есть газ)
CaO(тв) + SiO2(тв) → CaSiO3(тв)
Давление НЕ влияет (нет газов)

4. Катализаторы

Катализаторы — вещества, ускоряющие реакцию, но не расходующиеся в ней. Они направляют процесс по другому механизму с меньшей энергией активации.

Катализ
Рис. 1. Катализ

Ингибиторы - вещества, замедляющие реакцию (но они НЕ называются «отрицательными катализаторами»).

Важно!
Температура, свет ($h\nu$), радиация, электрический ток — это условия начала или течения реакции (инициаторы), но они НЕ являются катализаторами. Катализатор — это всегда вещество.

5. Площадь соприкосновения (для гетерогенных)

Актуально для реакций с участием твердых веществ. Чем сильнее измельчено твердое вещество, тем больше площадь контакта и выше скорость.

6. Природа реагирующих веществ

Скорость зависит от химической активности веществ и прочности разрываемых связей (энергии активации).

Пройди тест по теме
Проверь свои знания по скорости реакций. Задания формата ЕГЭ.
Начать тест →