Скорость химической реакции

Одни реакции проходят мгновенно, как взрыв или выпадение осадка при сливании растворов, другие тянутся годами, как ржавление железа или выветривание горных пород. Знать, от чего зависит быстрота реакции, нужно и химику на заводе, и хозяйке на кухне: продукты в холодильнике портятся медленнее, а дрова разгораются быстрее, если их наколоть мельче.

Скорость химической реакции

Скорость химической реакции показывает, как быстро расходуются исходные вещества или образуются продукты. Её измеряют изменением концентрации (количества вещества в единице объёма) за единицу времени. Скорость можно оценить и по внешним признакам: по тому, как быстро выделяется газ, растворяется металл или мутнеет раствор.

От чего зависит скорость

Скорость реакции зависит от нескольких факторов.

• Природа реагирующих веществ. Калий реагирует с водой бурно, натрий — энергично, магний — только с горячей водой. Фтор соединяется с водородом со взрывом даже в темноте, а иод — медленно и лишь при нагревании.
• Концентрация. Чем больше частиц в единице объёма, тем чаще они сталкиваются. Тлеющая лучинка в чистом кислороде вспыхивает, а на воздухе, где кислорода лишь пятая часть, едва тлеет.
• Температура. При нагревании частицы движутся быстрее и сталкиваются энергичнее. По правилу Вант-Гоффа при нагревании на каждые 10 °C скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.
• Площадь соприкосновения. Порошок реагирует быстрее, чем кусок того же вещества: мел в порошке «вскипает» в кислоте сразу, а кусок мрамора растворяется медленно.
• Катализатор. Он ускоряет реакцию, но сам не расходуется (тема 1.6). Вещества, которые, наоборот, замедляют реакции, называют ингибиторами.

Каталитические реакции

Каталитическая реакция — это реакция, которая идёт в присутствии катализатора. Катализатор направляет реакцию по более лёгкому пути, и она идёт быстрее при той же температуре. Каталитические реакции лежат в основе химической промышленности: синтез аммиака идёт на железном катализаторе, окисление сернистого газа — на оксиде ванадия(V), окисление аммиака — на платине (тема 4.11). В выхлопной системе автомобиля стоит каталитический нейтрализатор с платиной и родием, который превращает угарный газ и оксиды азота в менее вредные вещества. А в живых клетках тысячи реакций ускоряют белки-ферменты.

Гомогенные и гетерогенные реакции

Реакции различают и по тому, в одной ли фазе находятся реагирующие вещества. Гомогенная и гетерогенная реакции различаются так. Гомогенная реакция идёт во всём объёме однородной системы: между газами (\(\ce{H2 + Cl2}\)) или в растворе (\(\ce{NaOH + HCl}\)). Гетерогенная реакция идёт на поверхности раздела фаз: между твёрдым веществом и жидкостью или газом (цинк и соляная кислота, горение угля). Скорость гетерогенной реакции сильно зависит от площади поверхности, поэтому твёрдые вещества измельчают.