1. Природа реагирующих веществ . Большую роль играет характер химических связей и строение молекул реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва связей в молекулах H 2 и N 2 требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H 2 O) требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.
Например, фтор с водородом реагирует в темноте при низкой температуре, хлор - при освещении, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании, реакция иода с водородом протекает также медленно и при нагревании, к тому же является обратимой. Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди - не реагирует.
2 . Концентрация . С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ - скорость реакции возрастает. Влияние концентрации отражено в законе действующих масс (К. Гульдберг, П.Вааге, 1867г.): < Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ>.
aA + bB + . . . > . . .
u = k [A] a [B] b . . .
Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от значения концентраций реагентов. Физический смысл константы скорости заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ. Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.
Пример
Как изменится скорость реакции 2 NO (г) + О 2(г) = 2 NO 2(г) если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?
Решение:
До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением:
u = k [ NO ] 2 [ O 2 ]
Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастает в три раза. Следовательно, теперь
u / = k (3[ NO ]) 2 (3[ O 2 ]) = 27 k [ NO ] 2 [ O 2 ]
Сравнивая выражения для u и u / , находим, что скорость реакции возрастет в 27 раз.
3. Температура . При повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2-4 раза (Правило Вант-Гоффа). При увеличении температуры от t 1 до t 2 изменение скорости реакции можно рассчитать по формуле:
u 2 = u 1 . g ? T /10
где g - температурный коэффициент данной реакции.
Пример
Как изменится скорость реакции при повышении температуры с 20 0 С до 70 0 С, если температурный коэффициент реакции равен 2?
Решение:
Из уравнения Вант-Гоффа находим, что u 2 / u 1 = g ? T /10
Подставив в него числовые значения, получим:
u 2 / u 1 = 2 (70-20)/10 = 2 5 = 32
Следовательно, скорость реакции при заданных условиях увеличится в 32 раза.
4. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ . Для гетерогенных систем (когда вещества находятся в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых веществ - путем их растворения.
5 . Катализ . Вещества, которые участвуют в реакциях и увеличивают ее скорость, оставаясь к концу реакции неизменными, называются катализаторами . Механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации реакции за счет образования промежуточных соединений. При гомогенном катализе реагенты и катализатор составляют одну фазу (находятся в одном агрегатном состоянии), при гетерогенном катализе - разные фазы (находятся в различных агрегатных состояниях). Резко замедлить протекание нежелательных химических процессов в ряде случаев можно добавляя в реакционную среду ингибиторы (явление "отрицательного катализа").