Теория:
Сущность химической реакции заключается в перегруппировке частиц (атомов или ионов), которые входят в состав реагентов. Это возможно, если частицы сталкиваются с энергией, необходимой для разрыва химических связей между их атомами. Такой энергией обладает обычно лишь доля частиц реагентов, иначе любая реакция проходила бы мгновенно. Значит, элементарный акт реакции возможен лишь при некоторых (активных) столкновениях частиц.
Состояние реагирующей системы можно выразить с помощью графика с энергетическим барьером, который частицам реагентов нужно преодолеть при столкновении. Этот барьер называют энергией активации.
Рис. \(1\). Изменение энергии веществ в ходе реакции
Энергия активации — минимальная энергия, которая необходима реагирующим частицам для того, чтобы произошёл элементарный акт реакции.
Чем ниже энергия активации, тем быстрее идёт реакция.
На скорость реакции влияют многие факторы. Рассмотрим их действие.
Природа реагирующих веществ
Вещества отличаются прочностью химических связей, а энергия активации реакций зависит от энергии этих связей.
Чем слабее в веществе химические связи, тем легче они разрываются и тем быстрее протекают реакции с его участием.
Рассмотрим несколько примеров.
1. В атомах калия валентный электрон слабее удерживается ядром по сравнению с атомом лития, поэтому реакция калия с водой происходит намного быстрее, чем реакция лития.
2. Железо активнее реагирует с соляной кислотой, чем с уксусной, так как в первой связь катионов водорода с кислотным остатком более слабая.
3. Связи между атомами в молекулах белого фосфора менее прочные, чем в кристаллах красного фосфора; белый фосфор намного активнее красного.
Температура
На скорость реакции существенное влияние оказывает температура, от которой зависит энергия частиц и число активных соударений. Повышение температуры ускоряет любую реакцию независимо от теплового эффекта.
Рис. \(2\). Влияние температуры на число активных столкновений
Для большинства реакций при изменении температуры на каждые \(10 °C\) скорость реакции изменяется в \(2\)–\(4\) раза.
Для гомогенных реакций эта зависимость выражается уравнением Вант-Гоффа:
,
где \(γ\) — температурный коэффициент реакции, , — начальные значения скорости и температуры; , — конечные значения скорости и температуры.
Поверхность соприкосновения веществ
В гетерогенных реакциях реагирующие частицы контактируют только на поверхности раздела фаз.
Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция.
Например, растворение гранулы цинка в кислоте занимает больше времени, чем растворение такой же массы цинковых опилок.
Для увеличения поверхности твёрдые вещества обычно измельчаются.
Катализатор
Самый эффективный способ изменения скорости реакции — это применение катализаторов.
Катализаторами называют вещества, изменяющие скорость реакции, но не расходующиеся в ней.
Эти вещества могут ускорять или замедлять реакции. Обычно вещества, ускоряющие реакции, называют катализаторами, а вещества, которые замедляют реакции, — ингибиторами.
Источники:
Рис. 1. Изменение энергии веществ в ходе реакции. © ЯКласс.
Рис. 2. Влияние температуры на число активных столкновений, https://image.shutterstock.com/image-vector/illustration-chemical-factors-reaction-rate-600w-1726637023.jpg, дата обращения: 11.10.2022.