Скоростта на химична реакция- промяна в количеството на едно от реагиращите вещества за единица време в единица реакционно пространство.

Следните фактори влияят на скоростта на химичната реакция:

• естеството на реагентите;
• концентрация на реагенти;
• контактна повърхност на реагентите (при хетерогенни реакции);
• температура;
• действието на катализаторите.

Теория на активните сблъсъципозволява да се обясни влиянието на някои фактори върху скоростта на химичната реакция. Основните положения на тази теория:

• Реакциите възникват, когато частици от реагенти, които имат определена енергия, се сблъскат.
• Колкото повече частици реагент, колкото по-близо са една до друга, толкова по-вероятно е да се сблъскат и да реагират.
• Само ефективните сблъсъци водят до реакцията, т.е. тези, при които "старите връзки" са разрушени или отслабени и следователно могат да се образуват "нови". За целта частиците трябва да имат достатъчна енергия.
• Нарича се минималната излишна енергия, необходима за ефективен сблъсък на частиците на реагентите енергия на активиране Ea.
• Активността на химикалите се проявява в ниската енергия на активиране на реакциите, в които участват. Колкото по-ниска е енергията на активиране, толкова по-висока е скоростта на реакцията.Например при реакции между катиони и аниони енергията на активиране е много ниска, така че такива реакции протичат почти мигновено.

Влияние на концентрацията на реагентите върху скоростта на реакцията

С увеличаване на концентрацията на реагентите скоростта на реакцията се увеличава. За да влязат в реакция, две химически частици трябва да се доближат една до друга, така че скоростта на реакцията зависи от броя на сблъсъците между тях. Увеличаването на броя на частиците в даден обем води до по-чести сблъсъци и до увеличаване на скоростта на реакцията.

Увеличаването на налягането или намаляването на обема, зает от сместа, ще доведе до увеличаване на скоростта на реакцията, протичаща в газовата фаза.

Въз основа на експериментални данни през 1867 г. норвежките учени К. Гулдберг и П. Вааге и независимо от тях през 1865 г. руският учен Н.И. Бекетов формулира основния закон на химичната кинетика, който установява зависимост на скоростта на реакцията от концентрациите на реагиращите вещества -

Закон за масовото действие (LMA):

Скоростта на химическата реакция е пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, взети на степени, равни на техните коефициенти в уравнението на реакцията. („действаща маса” е синоним на съвременното понятие „концентрация”)

aA +bB =cC +дд,където ке константата на скоростта на реакцията

ZDM се извършва само за елементарни химични реакции, протичащи в един етап. Ако реакцията протича последователно през няколко етапа, тогава общата скорост на целия процес се определя от най-бавната му част.

Изрази за скоростта на различни видове реакции

ZDM се отнася до хомогенни реакции. Ако реакцията е хетерогенна (реагентите са в различни агрегатни състояния), тогава само течни или само газообразни реагенти влизат в уравнението на MDM, а твърдите се изключват, засягайки само константата на скоростта k.

Молекулярност на реакциятае минималният брой молекули, участващи в елементарен химичен процес. По молекулярност елементарните химични реакции се разделят на молекулярни (A →) и бимолекулни (A + B →); тримолекулярните реакции са изключително редки.

Скорост на хетерогенните реакции

• Зависи от повърхността на контакт на веществата, т.е. от степента на смилане на веществата, пълнотата на смесване на реагентите.
• Пример е изгарянето на дърва. Цял дънер гори относително бавно на въздух. Ако увеличите повърхността на контакт на дървото с въздуха, разделяйки трупа на чипове, скоростта на горене ще се увеличи.
• Пирофорното желязо се изсипва върху лист филтърна хартия. По време на падането железните частици се нагорещяват и подпалват хартията.

Ефектът на температурата върху скоростта на реакцията

През 19 век холандският учен Вант Хоф експериментално открива, че когато температурата се повиши с 10 ° C, скоростите на много реакции се увеличават 2-4 пъти.

Правилото на Вант Хоф

За всеки 10 ◦ C повишаване на температурата, скоростта на реакцията се увеличава с фактор 2-4.

Тук γ (гръцката буква "гама") - така нареченият температурен коефициент или коефициент на Ван Хоф, приема стойности от 2 до 4.

За всяка конкретна реакция температурният коефициент се определя емпирично. Той показва точно колко пъти скоростта на дадена химична реакция (и нейната константа на скоростта) се увеличава с всеки 10 градуса повишаване на температурата.

Правилото на van't Hoff се използва за приближаване на промяната в константата на скоростта на реакция с повишаване или понижаване на температурата. По-точна връзка между константата на скоростта и температурата е установена от шведския химик Сванте Арениус:

как Повече ▼ E специфична реакция, на по-малко(при дадена температура) ще бъде константата на скоростта k (и скоростта) на тази реакция. Увеличаването на T води до увеличаване на константата на скоростта, това се обяснява с факта, че повишаването на температурата води до бързо увеличаване на броя на "енергийните" молекули, способни да преодолеят активационната бариера E a .

Влияние на катализатора върху скоростта на реакцията

Възможно е да се промени скоростта на реакцията чрез използване на специални вещества, които променят механизма на реакцията и я насочват по енергийно по-благоприятен път с по-ниска енергия на активиране.

Катализатори- Това са вещества, които участват в химична реакция и увеличават нейната скорост, но в края на реакцията остават непроменени качествено и количествено.

инхибитори- Вещества, които забавят химичните реакции.

Промяната на скоростта на химичната реакция или нейната посока с помощта на катализатор се нарича катализа .

Скоростта на химическата реакция зависи от много фактори, включително естеството на реагентите, концентрацията на реагентите, температурата и наличието на катализатори. Нека разгледаме тези фактори.

1). Естеството на реагентите. Ако има взаимодействие между вещества с йонна връзка, тогава реакцията протича по-бързо, отколкото между вещества с ковалентна връзка.

2.) Концентрация на реагента. За да се осъществи химическа реакция, молекулите на реагентите трябва да се сблъскат. Тоест, молекулите трябва да се доближат толкова близо една до друга, че атомите на едната частица да изпитват действието на електрическите полета на другата. Само в този случай ще бъдат възможни преходите на електроните и съответните пренареждания на атомите, в резултат на което се образуват молекули на нови вещества. По този начин скоростта на химичните реакции е пропорционална на броя на сблъсъците, които възникват между молекулите, а броят на сблъсъците от своя страна е пропорционален на концентрацията на реагентите. Въз основа на експерименталния материал норвежките учени Гулдберг и Вааге и независимо от тях руският учен Бекетов през 1867 г. формулират основния закон на химичната кинетика - закон за масовото действие(ZDM): при постоянна температура скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите към степента на техните стехиометрични коефициенти. За общия случай:

законът за масовото действие има формата:

Законът за масово действие за дадена реакция се нарича основното кинетично уравнение на реакцията. В основното кинетично уравнение k е константата на скоростта на реакцията, която зависи от природата на реагентите и температурата.

Повечето химични реакции са обратими. В хода на такива реакции техните продукти, когато се натрупват, реагират помежду си, за да образуват изходните вещества:

Скорост на реакция напред:

Степен на обратна връзка:

По време на равновесие:

От тук законът за действащите маси в състояние на равновесие ще приеме формата:

където К е равновесната константа на реакцията.

3) Ефектът на температурата върху скоростта на реакцията. Скоростта на химичните реакции, като правило, се увеличава, когато температурата се превиши. Нека разгледаме това на примера на взаимодействието на водород с кислород.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

При 20 0 C скоростта на реакцията е почти нулева и ще са необходими 54 милиарда години за взаимодействието да премине с 15%. При 500 0 C са необходими 50 минути за образуване на вода, а при 700 0 C реакцията протича незабавно.

Изразена е зависимостта на скоростта на реакцията от температурата правилото на Вант Хоф: при повишаване на температурата с 10°С скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти. Правилото на Вант Хоф е написано:

4) Влияние на катализаторите. Скоростта на химичните реакции може да се контролира от катализатори- вещества, които променят скоростта на реакцията и остават непроменени след реакцията. Промяната в скоростта на реакцията в присъствието на катализатор се нарича катализа. Разграничете положителен(скоростта на реакцията се увеличава) и отрицателен(скоростта на реакцията намалява) катализа. Понякога катализаторът се образува по време на реакцията, такива процеси се наричат ​​автокаталитични. Разграничете хомогенна и хетерогенна катализа.

При хомогененПри катализата катализаторът и реагентите са в една и съща фаза. Например:

При разнородниПри катализата катализаторът и реагентите са в различни фази. Например:

Хетерогенната катализа е свързана с ензимни процеси. Всички химични процеси, протичащи в живите организми, се катализират от ензими, които са протеини с определени специализирани функции. В разтвори, в които протичат ензимни процеси, няма типична хетерогенна среда, поради липсата на ясно дефинирана фазова граница. Такива процеси се наричат ​​микрохетерогенна катализа.

§ 12. КИНЕТИКА НА ЕНЗИМНИТЕ РЕАКЦИИ

Кинетиката на ензимните реакции е наука за скоростта на ензимните реакции, тяхната зависимост от различни фактори. Скоростта на ензимната реакция се определя от химическото количество на реагиралия субстрат или получения реакционен продукт за единица време на единица обем при определени условия:

където v е скоростта на ензимната реакция, е промяната в концентрацията на субстрата или реакционния продукт и t е времето.

Скоростта на ензимната реакция зависи от естеството на ензима, което определя неговата активност. Колкото по-висока е активността на ензима, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Ензимната активност се определя от скоростта на реакцията, катализирана от ензима. Мярка за ензимна активност е една стандартна единица ензимна активност. Една стандартна единица ензимна активност е количеството ензим, което катализира превръщането на 1 µmol субстрат за 1 минута.

По време на ензимната реакция ензимът (E) взаимодейства със субстрата (S), което води до образуването на ензимно-субстратен комплекс, който след това се разлага с освобождаване на ензима и продукта (P) от реакцията:

Скоростта на ензимната реакция зависи от много фактори: концентрацията на субстрата и ензима, температурата, pH на средата, наличието на различни регулаторни вещества, които могат да увеличат или намалят активността на ензимите.

Интересно да се знае! Ензимите се използват в медицината за диагностициране на различни заболявания. При инфаркт на миокарда поради увреждане и разпадане на сърдечния мускул в кръвта рязко се повишава съдържанието на ензимите аспартат трансаминаза и аланин аминотрансфераза. Идентифицирането на тяхната активност позволява да се диагностицира това заболяване.

Ефект на концентрациите на субстрата и ензима върху скоростта на ензимната реакция

Обмислете ефекта на концентрацията на субстрата върху скоростта на ензимната реакция (фиг. 30.). При ниски концентрации на субстрат скоростта е право пропорционална на неговата концентрация; след това, с увеличаване на концентрацията, скоростта на реакцията се увеличава по-бавно, а при много високи концентрации на субстрат скоростта е практически независима от неговата концентрация и достига максималната си стойност (Vmax) . При такива концентрации на субстрата всички ензимни молекули са част от ензим-субстратния комплекс и се постига пълно насищане на активните центрове на ензима, поради което скоростта на реакцията в този случай практически не зависи от концентрацията на субстрата.

Ориз. 30. Зависимост на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на субстрата

Графиката на зависимостта на ензимната активност от концентрацията на субстрата се описва от уравнението на Михаелис-Ментен, което получи името си в чест на изключителните учени L.Michaelis и M.Menten, които направиха голям принос в изследването на кинетиката на ензимните реакции,

където v е скоростта на ензимната реакция; [S] е концентрацията на субстрата; K M е константата на Михаелис.

Нека разгледаме физическия смисъл на константата на Михаелис. При условие, че v = ½ V max , получаваме K M = [S]. Така константата на Михаелис е равна на концентрацията на субстрата, при която скоростта на реакцията е половината от максималната.

Скоростта на ензимната реакция зависи и от концентрацията на ензима (фиг. 31). Тази връзка е линейна.

Ориз. 31. Зависимост на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на ензима

Ефектът на температурата върху скоростта на ензимната реакция

Зависимостта на скоростта на ензимната реакция от температурата е показана на фиг. 32.

Ориз. 32. Зависимост на скоростта на ензимната реакция от температурата.

При ниски температури (приблизително до 40 - 50 o C) повишаването на температурата на всеки 10 o C, в съответствие с правилото на van't Hoff, е придружено от увеличаване на скоростта на химичната реакция с 2 - 4 пъти. При високи температури над 55 - 60 ° C активността на ензима рязко намалява поради термичната му денатурация и в резултат на това се наблюдава рязко намаляване на скоростта на ензимната реакция. Максималната активност на ензимите обикновено се наблюдава в интервала 40 - 60 o C. Температурата, при която активността на ензима е максимална, се нарича температурен оптимум. Температурният оптимум на ензимите на термофилните микроорганизми е в областта на по-високите температури.

Ефектът на pH върху скоростта на ензимната реакция

Графиката на зависимостта на ензимната активност от рН е показана на фиг. 33.

Ориз. 33. Влияние на pH върху скоростта на ензимната реакция

Графиката на рН-зависимостта е камбановидна. Стойността на pH, при която активността на ензима е максимална, се нарича pH оптималноензим. Оптималните стойности на рН за различните ензими варират значително.

Характерът на зависимостта на ензимната реакция от рН се определя от факта, че този показател засяга:

а) йонизация на аминокиселинни остатъци, участващи в катализата,

б) йонизация на субстрата,

в) конформацията на ензима и неговия активен център.

Ензимно инхибиране

Скоростта на ензимната реакция може да бъде намалена чрез действието на редица химикали, наречени инхибитори. Някои инхибитори са отровни за хората, като цианидите, докато други се използват като лекарства.

Инхибиторите могат да бъдат разделени на два основни типа: необратими обратими. Необратимите инхибитори (I) се свързват с ензима, за да образуват комплекс, чиято дисоциация е невъзможна при възстановяване на ензимната активност:

Пример за необратим инхибитор е диизопропилфлуорофосфат (DFF). DPP инхибира ензима ацетилхолинестераза, който играе важна роля в предаването на нервните импулси. Този инхибитор взаимодейства със серина на активния център на ензима, като по този начин блокира активността на последния. В резултат на това се нарушава способността на процесите на нервните клетки на невроните да провеждат нервен импулс. DFF е един от първите нервнопаралитични агенти. Въз основа на него са създадени редица относително нетоксични за хората и животните. инсектициди -вещества, отровни за насекомите.

Обратимите инхибитори, за разлика от необратимите, могат лесно да се отделят от ензима при определени условия. Дейността на последния се възстановява:

Обратимите инхибитори включват конкурентнии несъстезателенинхибитори.

Конкурентен инхибитор, който е структурен аналог на субстрата, взаимодейства с активния център на ензима и по този начин блокира достъпа на субстрата до ензима. В този случай инхибиторът не претърпява химични трансформации и се свързва с ензима обратимо. След дисоциацията на EI комплекса ензимът може да се свърже или със субстрата и да го трансформира, или с инхибитора (фиг. 34.). Тъй като и субстратът, и инхибиторът се конкурират за място в активния център, това инхибиране се нарича конкурентно.

Ориз. 34. Механизмът на действие на конкурентния инхибитор.

В медицината се използват конкурентни инхибитори. Сулфаниламидните препарати преди това бяха широко използвани за борба с инфекциозни заболявания. Те са структурно близки до пара-аминобензоена киселина(PABA), важен растежен фактор за много патогенни бактерии. PABA е прекурсор на фолиевата киселина, която служи като кофактор за редица ензими. Сулфаниламидните препарати действат като конкурентен инхибитор на ензимите за синтеза на фолиева киселина от PABA и по този начин инхибират растежа и размножаването на патогенни бактерии.

Неконкурентните инхибитори не са структурно подобни на субстрата и по време на образуването на EI те взаимодействат не с активния център, а с друг сайт на ензима. Взаимодействието на инхибитор с ензим води до промяна в структурата на последния. Образуването на EI комплекса е обратимо, следователно след неговото разпадане ензимът отново може да атакува субстрата (фиг. 35).

Ориз. 35. Механизъм на действие на неконкурентен инхибитор

CN - цианидът може да действа като неконкурентен инхибитор. Той се свързва с метални йони, които са част от простетичните групи и инхибира активността на тези ензими. Отравянето с цианид е изключително опасно. Те могат да бъдат фатални.

Алостерични ензими

Терминът "алостеричен" идва от гръцките думи allo - друг, стерео - раздел. По този начин алостеричните ензими, наред с активния център, имат още един център, наречен алостеричен център(фиг. 36). Веществата, способни да променят активността на ензимите, се свързват с алостеричния център, тези вещества се наричат алостерични ефектори. Ефекторите биват положителни – активиращи ензима, и отрицателни – инхибиторни, т.е. намаляване на ензимната активност. Някои алостерични ензими могат да бъдат засегнати от два или повече ефектора.

Ориз. 36. Структура на алостеричен ензим.

Регулация на мултиензимни системи

Някои ензими действат съгласувано, обединявайки се в мултиензимни системи, в които всеки ензим катализира определен етап от метаболитния път:

В мултиензимната система има ензим, който определя скоростта на цялата реакционна последователност. Този ензим, като правило, е алостеричен и се намира в началото на метаболитния път. Той е в състояние, получавайки различни сигнали, както да увеличава, така и да намалява скоростта на катализираната реакция, като по този начин регулира скоростта на целия процес.

Някои химични реакции протичат почти мигновено (експлозия на кислородно-водородна смес, йонообменни реакции във воден разтвор), вторите - бързо (изгаряне на вещества, взаимодействие на цинк с киселина), а други - бавно (ръждясване на желязо, гниене на органични остатъци). Известни са толкова бавни реакции, че човек просто не може да ги забележи. Например, трансформацията на гранит в пясък и глина се извършва в продължение на хиляди години.

С други думи, химичните реакции могат да протичат по различен начин скорост.

Но какво е бърза реакция? Каква е точната дефиниция на това количество и, най-важното, неговият математически израз?

Скоростта на реакцията е промяната на количеството вещество за единица време в единица обем. Математически този израз се записва като:

Където n 1 и n 2- количеството вещество (mol) в момент t 1 и t 2, съответно, в система с обем V.

Кой знак плюс или минус (±) ще стои пред израза на скоростта зависи от това дали наблюдаваме промяна в количеството на кое вещество - продукт или реагент.

Очевидно по време на реакцията реагентите се изразходват, т.е. техният брой намалява, следователно за реагентите изразът (n 2 - n 1) винаги има стойност, по-малка от нула. Тъй като скоростта не може да бъде отрицателна стойност, в този случай трябва да се постави знак минус пред израза.

Ако разглеждаме промяната в количеството на продукта, а не на реагента, тогава знакът минус не е необходим преди израза за изчисляване на скоростта, тъй като изразът (n 2 - n 1) в този случай винаги е положителен , защото количеството на продукта в резултат на реакцията може само да се увеличи.

Съотношението на количеството вещество нкъм обема, в който се намира това количество вещество, наречено моларна концентрация ОТ:

По този начин, използвайки концепцията за моларна концентрация и нейния математически израз, можем да напишем друг начин за определяне на скоростта на реакцията:

Скоростта на реакцията е промяната в моларната концентрация на веществото в резултат на химическа реакция за една единица време:

Фактори, влияещи върху скоростта на реакцията

Често е изключително важно да се знае какво определя скоростта на дадена реакция и как да й се повлияе. Например, нефтопреработвателната индустрия буквално се бори за всеки допълнителен половин процент от продукта за единица време. В края на краищата, предвид огромното количество преработен петрол, дори половин процент се влива в голяма годишна финансова печалба. В някои случаи е изключително важно да се забави всяка реакция, по-специално корозията на металите.

И така, от какво зависи скоростта на реакцията? Това зависи, колкото и да е странно, от много различни параметри.

За да разберем този въпрос, нека преди всичко да си представим какво се случва в резултат на химическа реакция, например:

Уравнението, написано по-горе, отразява процеса, при който молекулите на веществата A и B, сблъсквайки се една с друга, образуват молекули на вещества C и D.

Тоест несъмнено, за да се осъществи реакцията, е необходим поне сблъсък на молекулите на изходните вещества. Очевидно, ако увеличим броя на молекулите на единица обем, броят на сблъсъците ще се увеличи по същия начин, по който честотата на вашите сблъсъци с пътници в претъпкан автобус ще се увеличи в сравнение с полупразен.

С други думи, скоростта на реакцията нараства с увеличаване на концентрацията на реагентите.

В случай, че един или няколко от реагентите са газове, скоростта на реакцията се увеличава с увеличаване на налягането, тъй като налягането на газа винаги е право пропорционално на концентрацията на съставните му молекули.

Сблъсъкът на частици обаче е необходимо, но не достатъчно условие за протичане на реакцията. Факт е, че според изчисленията броят на сблъсъците на молекулите на реагиращите вещества при тяхната разумна концентрация е толкова голям, че всички реакции трябва да протичат за миг. Това обаче не се случва на практика. Какъв е проблема?

Факт е, че не всеки сблъсък на реагентни молекули непременно ще бъде ефективен. Много сблъсъци са еластични - молекулите отскачат една от друга като топки. За да се осъществи реакцията, молекулите трябва да имат достатъчна кинетична енергия. Минималната енергия, която трябва да притежават молекулите на реагентите, за да протече реакцията, се нарича енергия на активиране и се означава като E a. В система, състояща се от голям брой молекули, има енергийно разпределение на молекулите, някои от тях имат ниска енергия, някои имат висока и средна енергия. От всички тези молекули само малка част от молекулите имат енергия, по-голяма от енергията на активиране.

Както е известно от курса на физиката, температурата всъщност е мярка за кинетичната енергия на частиците, които изграждат веществото. Тоест, колкото по-бързо се движат частиците, които изграждат веществото, толкова по-висока е неговата температура. По този начин, очевидно, чрез повишаване на температурата, ние значително увеличаваме кинетичната енергия на молекулите, в резултат на което делът на молекулите с енергия, надвишаваща E a, се увеличава и техният сблъсък ще доведе до химическа реакция.

Фактът за положителното влияние на температурата върху скоростта на реакцията е емпирично установен още през 19 век от холандския химик Вант Хоф. Въз основа на своите изследвания той формулира правило, което все още носи неговото име и звучи така:

Скоростта на всяка химическа реакция се увеличава 2-4 пъти с повишаване на температурата с 10 градуса.

Математическото представяне на това правило е написано като:

където V 2и V 1е скоростта при температура t 2 и t 1, съответно, и γ е температурният коефициент на реакцията, чиято стойност най-често е в диапазона от 2 до 4.

Често скоростта на много реакции може да се увеличи чрез използване катализатори.

Катализаторите са вещества, които ускоряват реакцията, без да се изразходват.

Но как катализаторите успяват да увеличат скоростта на реакцията?

Спомнете си енергията на активиране E a . Молекулите с енергия, по-малка от енергията на активиране, не могат да взаимодействат една с друга в отсъствието на катализатор. Катализаторите променят пътя, по който протича реакцията, подобно на това как опитен водач ще проправи маршрута на експедицията не директно през планината, а с помощта на обиколни пътеки, в резултат на което дори и тези спътници, които не са имали достатъчно енергия за изкачване на планината ще може да се премести на друга нейна страна.

Въпреки факта, че катализаторът не се изразходва по време на реакцията, въпреки това той участва активно в нея, образувайки междинни съединения с реагенти, но до края на реакцията се връща в първоначалното си състояние.

В допълнение към горните фактори, влияещи върху скоростта на реакцията, ако има интерфейс между реагиращите вещества (хетерогенна реакция), скоростта на реакцията също ще зависи от контактната площ на реагентите. Например, представете си гранула от метален алуминий, която е пусната в епруветка, съдържаща воден разтвор на солна киселина. Алуминият е активен метал, който може да реагира с неокисляващи киселини. Със солна киселина уравнението на реакцията е следното:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Алуминият е твърдо вещество, което означава, че реагира само със солна киселина на повърхността си. Очевидно, ако увеличим повърхностната площ, като първо навием алуминиевата гранула във фолио, по този начин осигуряваме по-голям брой алуминиеви атоми, налични за реакция с киселината. В резултат на това скоростта на реакцията ще се увеличи. По същия начин, увеличаване на повърхността на твърдо вещество може да се постигне чрез смилането му на прах.

Също така скоростта на хетерогенна реакция, при която твърдо вещество реагира с газообразно или течно вещество, често се влияе положително от разбъркване, което се дължи на факта, че в резултат на разбъркването натрупващите се молекули на реакционните продукти се отстраняват от реакционната зона и се „извежда“ нова порция от молекулите на реагента.

Последното нещо, което трябва да се отбележи, е огромното влияние върху скоростта на реакцията и естеството на реагентите. Например, колкото по-ниско е алкалният метал в периодичната таблица, толкова по-бързо той реагира с вода, флуорът от всички халогени реагира най-бързо с водороден газ и т.н.

В обобщение скоростта на реакция зависи от следните фактори:

1) концентрацията на реагентите: колкото по-висока е, толкова по-голяма е скоростта на реакцията.

2) температура: с повишаване на температурата скоростта на всяка реакция се увеличава.

3) контактната площ на реагентите: колкото по-голяма е контактната площ на реагентите, толкова по-висока е скоростта на реакцията.

4) разбъркване, ако реакцията протича между твърдо вещество и течност или газ, разбъркването може да я ускори.

Бърза реакциясе определя от промяната в моларната концентрация на един от реагентите:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Където C 1 и C 2 са моларните концентрации на вещества в моменти t 1 и t 2, съответно (знак (+) - ако скоростта се определя от реакционния продукт, знак (-) - от изходното вещество).

Реакциите възникват, когато молекулите на реагентите се сблъскат. Скоростта му се определя от броя на сблъсъците и вероятността те да доведат до трансформация. Броят на сблъсъците се определя от концентрациите на реагиращите вещества, а вероятността от реакция се определя от енергията на сблъскващите се молекули.
Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции.
1. Природата на реагентите. Важна роля играят естеството на химичните връзки и структурата на молекулите на реагентите. Реакциите протичат в посока на разрушаване на по-малко силни връзки и образуване на вещества с по-силни връзки. По този начин са необходими високи енергии, за да се разрушат връзките в молекулите на Н2 и N2; такива молекули не са много реактивни. За разрушаване на връзки в силно полярни молекули (HCl, H 2 O) е необходима по-малко енергия и скоростта на реакцията е много по-висока. Реакциите между йони в електролитни разтвори протичат почти мигновено.
Примери
Флуорът реагира експлозивно с водорода при стайна температура; бромът реагира бавно с водорода дори при нагряване.
Калциевият оксид реагира енергично с водата, отделяйки топлина; меден оксид - не реагира.

2. Концентрация. С увеличаване на концентрацията (броя на частиците в единица обем), сблъсъците на молекулите на реагентите се появяват по-често - скоростта на реакцията се увеличава.
Законът за активните маси (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] a [B] b . . .

Константата на скоростта на реакцията k зависи от природата на реагентите, температурата и катализатора, но не зависи от концентрациите на реагентите.
Физическото значение на константата на скоростта е, че тя е равна на скоростта на реакцията при единични концентрации на реагентите.
За хетерогенни реакции концентрацията на твърдата фаза не е включена в израза за скоростта на реакцията.

3. Температура. За всяко повишаване на температурата с 10°C скоростта на реакцията се увеличава с коефициент 2-4 (правилото на Ван'т Хоф). С повишаване на температурата от t 1 до t 2, промяната в скоростта на реакцията може да се изчисли по формулата:

(където Vt 2 и Vt 1 са скоростите на реакцията при температури t 2 и t 1, съответно; g е температурният коефициент на тази реакция).
Правилото на Вант Хоф е приложимо само в тесен температурен диапазон. По-точно е уравнението на Арениус:

• e-Ea/RT

където
А е константа в зависимост от природата на реагентите;
R е универсалната газова константа;

Ea е енергията на активиране, т.е. енергията, която трябва да притежават сблъскващите се молекули, за да може сблъсъкът да доведе до химическа трансформация.
Енергийна диаграма на химична реакция.

A - реактиви, B - активиран комплекс (преходно състояние), C - продукти.
Колкото по-висока е енергията на активиране Ea, толкова повече се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата.

4. Контактната повърхност на реагентите. За хетерогенни системи (когато веществата са в различни агрегатни състояния), колкото по-голяма е контактната повърхност, толкова по-бързо протича реакцията. Повърхността на твърдите вещества може да се увеличи чрез смилането им, а на разтворимите вещества чрез разтварянето им.

5. Катализа. Веществата, които участват в реакциите и увеличават скоростта им, оставайки непроменени до края на реакцията, се наричат ​​катализатори. Механизмът на действие на катализаторите е свързан с намаляване на енергията на активиране на реакцията поради образуването на междинни съединения. При хомогенна катализареагентите и катализаторът представляват една фаза (те са в едно и също агрегатно състояние), с хетерогенна катализа- различни фази (те са в различно агрегатно състояние). В някои случаи е възможно драстично да се забави хода на нежелани химични процеси чрез добавяне на инхибитори към реакционната среда (феноменът " отрицателна катализа").