Одна из основных задач химической кинетики -- управление скоростью реакции. Полезные реакции нужно заставить идти быстрее, а вредные — замедлить. Для этого надо знать, какие факторы влияют на их скорость.
Все химические превращения в растворе или в газовой фазе (за исключением инициируемых светом) происходят при столкновении молекул. Чем чаще молекулы встречаются, тем быстрее идёт взаимодействие. Число же столкновений, а следовательно и скорость реакции, зависит от числа молекул в единице объёма, т. е. от концентраций реагирующих веществ.
Если бы при каждом столкновении молекулы вступали во взаимодействие, все химические реакции заканчивались бы мгновенно, многие — со взрывом. На самом деле некоторые молекулы при столкновении превращаются в продукты реакции, а другие — нет. От чего это зависит?
Дело в том, что для разрыва или ослабления старых химических связей нужна энергия. Когда сталкиваются активные молекулы, которые обладают некоторым запасом энергии, они могут прореагировать. Если же энергия мала, то столкновение не приводит к реакции и молекулы разлетаются без химического превращения. Энергия молекул в свою очередь зависит от температуры. Это и есть второй важнейший фактор, определяющий скорость реакции. Подавляющее большинство реакций ускоряется с ростом температуры.
В том случае когда для реакции не требуется дополнительной энергии, т. е. все молекулы активные, она происходит при каждом столкновении. Примером служит взаимодействие двух свободных радикалов — частиц, содержащих неспаренные электроны. Скорость таких реакций почти не зависит от температуры.
Для гетерогенных реакций, т. е. таких, которые протекают на поверхности реагирующих фаз, огромное значение имеет величина этой поверхности. Поэтому деревянные щепки сгорают быстрее полена такой же массы и металлические стружки растворяются в кислоте скорее, чем брусок.
Во многих случаях реакции можно ускорить или замедлить с помощью специальных веществ — катализаторов. Они изменяют скорость реакции, направляя её по другому, энергетически более выгодному пути, но сами в процессе не расходуются (см. статью «Всемогущий катализ»).
Прибор для измерения скорости реакции растворения мела в уксусной кислоте.
Похожие статьи