Скорость химических реакций. факторы, влияющие на скорость химических реакций

Скорость химической реакции — это изменение количества одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени в единице объема (для гомогенных систем) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенных систем). Математически для гомогенной реакции средняя скорость выражается формулой: $v=\pm \frac{\Delta C}{\Delta t}$ где $\Delta C$ — изменение молярной концентрации, а $\Delta t$ — промежуток времени. Основные факторы, влияющие на скорость реакции Скорость химического взаимодействия зависит от природы реагентов и условий, в которых протекает процесс. 1. Природа реагирующих веществ Этот фактор определяет энергию активации ( $E_a$) — минимальный избыток энергии, необходимый для того, чтобы столкновение частиц привело к реакции.

• Реакции между ионами в растворах протекают практически мгновенно.
• Реакции, требующие разрыва прочных ковалентных связей (например, окисление азота), протекают медленно.

2. Концентрация реагентов Согласно закону действующих масс, при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам. Для реакции $aA+bBcC$: $v=k\cdot [A{]}^a\cdot [B{]}^b$

• $k$ — константа скорости, зависящая от температуры и природы веществ, но не от их концентрации.
• Увеличение концентрации ведет к росту числа столкновений частиц в единицу времени.

3. Температура В большинстве случаев повышение температуры значительно ускоряет химический процесс. Это описывается двумя правилами:

• Правило Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10°C скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.
  $v_2=v_1\cdot {\gamma }^{\frac{T_2-T_1}{10}}$ где $\gamma$ — температурный коэффициент. Уравнение Аррениуса: Более точная зависимость, связывающая константу скорости с энергией активации. Повышение температуры увеличивает долю «активных» молекул, способных преодолеть энергетический барьер.

4. Давление (для газов) Изменение давления влияет на скорость реакций, в которых участвуют газообразные вещества.

• При увеличении давления объем газовой смеси уменьшается, что приводит к росту молярной концентрации реагентов. Следовательно, скорость реакции возрастает.

5. Площадь поверхности соприкосновения (для гетерогенных реакций) Если вещества находятся в разных фазах (например, твердое тело и жидкость), реакция идет только на поверхности их раздела.

• Измельчение твердых веществ резко увеличивает площадь поверхности, что приводит к многократному росту скорости реакции.

6. Наличие катализатора Катализ — это процесс изменения скорости реакции при помощи веществ (катализаторов), которые участвуют в процессе, но не расходуются в нем.

• Положительные катализаторы снижают энергию активации, направляя реакцию по иному пути с более низким энергетическим барьером.
• Ингибиторы — вещества, замедляющие нежелательные химические процессы (например, коррозию металлов или окисление продуктов).

Сводная таблица факторов

Я могу составить для вас таблицу с примерами задач на расчет скорости реакции по закону действующих масс или по правилу Вант-Гоффа.