2. Основні фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції:

а) природа реагуючих речовин;

1). Будова атома:

2 Ме + 2Н₂О 2МеОН + Н₂

R (Nа) > R (Li) Натрій швидше віддає електрони, отже і V (Nа) > V (Li)

Висновок: метали (калій, натрій) з однією і тією ж речовиною, наприклад водою, реагують з різними швидкостями.

2). Упаковка частинок кристала.

Nа і Mg – сусіди, але Nа має кубічну об'ємноцентровану гратку, а Mg – гексагональну щільно упаковану гратку . Більша щільність упаковки у Mg, а отже, важче руйнування гратки.

Тому Mg + Н₂О за звичайних умов не взаємодіє (Mg реагує тільки з водяною парою).

3). Природа та полярність зв'язків:

Н – Сl (НСl) та (Н₂СО₃)

Полярність зв'язку Н – Сl більша, ніж Н – О у карбонатній кислоті, а отже, з Mg перша кислота реагує швидше:

M g + 2НСl MgСl₂ + Н₂ ; (V₁)

M g + Н₂СО₃ MgСО₃ + Н₂ ; (V₂) тому V₁ >V₂

б) концентрація реагуючих речовин (Закон діючих мас );

Концентрація речовин у процесі реакції весь час змінюється, а це впливає на її швидкість, тому слід розглядати миттєву швидкість реакції, тобто швидкість у даний момент часу. Для гомогенних реакцій – це похідна концентрації за часом.

v

Ця закономірність була встановлена експериментально у 1867 р. Гульбергом і Вааге і носить назву закона діючих мас (ЗДМ). Діючими масами на той час називали концентрації речовин.

24

Швидкісь гомогенної реакції (р. + р., г. + г.) пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин в степені, що відповідає їхнім коефіцієнтам.

Для взаємодії двох молекул, наприклад водню і йоду за рівнянням

Н₂ + I₂ = 2HI (1)

в елементарному акті якої приймають участь по одній молекулі, ЗДМ в математичній формі має вираз :

v = kC(H₂)C(I₂) або v = k [H₂] [I₂]

Для реакції 2NO + Cl₂ = 2NOCl (2)

швидкість v = kC²(NO)C(Cl₂) або v = k [NO] ²[Cl₂].

Д ля реакції С + О₂ СО₂ (3)

швидкість v = kс (О₂) або або v = k [О₂].

Для загальної реакції

aA + bB = cC + dD

швидкість дорівнює:

v = kC^a(A)C^b(B) = k[A]^a[B]^b

де k - константа швидкості хімічної реакції; залежить від температури і природи реагуючих речовин. Вона чисельно дорівнює швидкості реакції, якщо концентрація відповідних речовин дорівнює одиниці. Константа швидкості – це швидкість реакції за умови, що концентрації реагуючих речовин дорівнюють 1 моль/л.

Рівняння, що пов’язує швидкість реакції з концентраціями реагентів, називають рівнянням швидкості, або кінетичним рівнянням реакції.

Для більшості хімічних реакцій сумарне стехіометричне рівняння не відображає дійсного механізму процесу (проміжних стадій), а є загальним виразом для вихідних речовин і продуктів реакції. При цьому показники ступеню в законі діючих мас не дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам і мають формальний характер.

Завдання. Написати кінетичні рівняння для реакцій (закон діючих мас)

а)СaO(к) + СО₂(г) = СаСО₃(к);

б)В₂Н₆(г) + 6Сl₂(г) = 2ВСl₃(г) + 6НСl;

в)2SO₂(г) + О₂(г) = 2SO₃(г);

г)NH₄Cl(к) = NH₃(г) + HCl(г).

в) площа поверхні реагуючих речовин;

25

Чому в рівнянні (3) не враховано концентрації вуглецю? Вуглець (графіт, вугілля) – це тверда речовина, і реакція з нею відбувається на поверхні. Отже, у даному випадку значення мають площа поверхні та кількість частинок на ній замість концентрації.

Для збільшення поверхні стикання навіть застосовують «кіплячий шар» - зависання твердих частинок у газі (як частинки пилу, підняті вітром).

Отже, для гомогенних реакцій швидкість залежить від концентрації реагуючих речовин; а для гетерогенних- від площі стикання реагуючих речовин.

г) температура, правило Вант-Гоффа;

Звичайно, швидкість реакції включає кінетичну та потенціальну енергії частинок, тобто їх внутрішню енергію. Не всі молекули і йони мають однаковий запас цієї енергії. Тому в речовині є осередки початку реакцій, тобто «активні» молекули, здатні почати взаємодію. Їх кількість залежить від температури. У простій формі залежить v від t показана емпіричним правилом Вант-Гоффа: зі збільшенням температури на кожні 10º С швидкість реакції збільшується в середньому у 2-4 рази. У математичній формі:

Vt2º	= γ	t1º - t2º
Vt1º		10

Де γ – температурний коефіцієнт.

Для гомогенних реакцій між газами значення має і тиск. Адже при стискуванні газів їх концентрація на одиницю об'єму збільшується, а отже, відбувається більше стикань молекул за одиницю часу:

N₂ + 3Н₂ = 2NН₃

д) каталізатори (СРС № 5)