Константа скорости реакции зависит в первую очередь от природы реагирующих веществ. Калий быстрее взаимодействует с водой, чем натрий, а литий – еще медленнее натрия. Водород реагирует с кислородом очень быстро (часто со взрывом), а азот с кислородом – крайне медленно и лишь в жестких условиях (электрический разряд, высокие температуры).
Под «природой реагирующих веществ» понимают:
для веществ молекулярного строения – тип химических связей в молекулах реагентов, прочность связей. Чтобы молекула прореагировала, связь в ней необходимо разорвать.
для веществ немолекулярного строения (ионный или атомный кристалл) – строение кристаллической решетки, ее прочность.
для веществ, у которых «молекула» состоит из одного атома (например, металлы, благородные газы) – строение электронной оболочки атома, прочность связывания внешних электронов.
для молекул сложной формы – вероятность благоприятного для реакции взаимного расположения реагентов при соударении.
Влияние температуры на скорость химической реакции
При повышении температуры скорость химических реакций обычно возрастает. Это объясняется теорией активации: энергия необходимая для активирования молекул, называется энергией активации (Е акт).
Молекулы
Неактивные Активные
(Энергия молекул меньше (Энергия молекул
энергии активации: больше энергии активации:
Е мол ‹ Е акт) Е мол › Е акт)
С повышением температуры увеличивается число активных молекул, поэтому увеличивается скорость реакции.
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10оС скорость большинства химических реакций увеличивается в 2–4 раза. Это правило математически выражается следующей формулой:
где γ – температурный коэффициент, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10оС.
Катализ и ингибирование
Есть вещества, которые влияют на скорость химической реакции, не являясь при этом реагентами. Они принимают в реакции самое непосредственное участие, но в результате реакции остаются неизменными. Такие вещества называются катализаторами, если они ускоряют реакцию, и ингибиторами, если замедляют ее. Механизм действия катализаторов объясняется образованием промежуточных соединений. Например, механизм действия катализатора К в реакции А + В = АВ можно схематически показать так:
А + К = АК АК + В = АВ + К
А + В = АВ (АК – промежуточное соединение).
В присутствии катализатора изменяется путь, по которому происходит суммарная реакция, поэтому изменяется ее скорость. Например: 2SO2 + O2 = 2 SO3 (медленно);
2SO2 + O2 = 2 SO3 (присутствии катализатора NO – быстро).
Механизм: 2 NO + O2 = 2 NO 2 (быстро)
NO2 + SO2 = SO3 + NO (быстро). NO – катализатор, NO 2 - промежуточное соединение. (приложение, рисунок 6)
Особый случай катализа – аутокатализ, или ускорение реакции одним из ее продуктов. При этом скорость реакции не уменьшается по мере расходования реагентов, а растет. Так, реакция
2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O
ускоряется по мере накопления ионов Mn2+, образующихся при восстановлении перманганата.