- Zależność szybkości reakcji od stężenia substratów
Doświadczenie 1.
W tym doświadczeniu użyto jednakowych ilości magnezu oraz takich samych objętości roztworu kwasu solnego. Kwas stosowany w doświadczeniu B ma dwukrotnie mniejsze stężenie. W tym samym czasie więcej wodoru zaczyna się wydzielać w zestawie, w którym użyto kwasu o większym stężeniu co dowodzi, że reakcje zachodzą z różną szybkością.
Szybkość reakcji zależy od stężenia substratów.
Im większe stężenie kwasu, tym większa szybkość reakcji. W przedstawionym eksperymencie szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do stężenia kwasu.
V= k • [HCl]
To równanie nazywane jest równaniem kinetycznym reakcji. k jest współczynnikiem proporcjonalności zwanym stałą szybkości. Stała szybkości reakcji zależy od rodzaju reakcji zależy od rodzaju reakcji i temperatury, nie zależy zaś od stężenia reagentów.
Istnieją reakcje zerowego rzędu, co oznacza, że ich szybkość nie zależy od stężenia substratu. Znajomość równania kinetycznego pozwala przewidzieć szybkość reakcji przy różnych stężęniach reagentów.
- Zależność szybkości reakcji od temperatury
Doświadczenie 2.
Żarzące się łuczywko zapala się płomieniem w probówce nad ogrzewanym nadtlenkiem wodoru. Ilość wydzielającego tlenu w probówce nieogrzewanej jest zbyt mała, aby nastąpiło zapalenie łuczywka. Podwyższenie temperatury powoduje zwiększenie szybkości reakcji. Częstość zderzeń cząstek wzrasta przy podniesieniu temperatury. Doświadczalnie stwierdzono, iż wzrost temperatury o 10oC powoduje 2-4 krotny wzrost szybkości reakcji (mówi o tym reguła van't Hoffa: Jeżeli temperaturę mieszaniny reakcyjnej zwiększymy o 10oC to prędkość reakcji w tej mieszaninie zwiększy się dwukrotnie.), gdyż wzrasta wartość stałej szybkości reakcji k.
Wielkość tej zmiany zależy od rodzaju substratów oraz od zakresu zmian temperatury. Wzrost temperatury o 10o dla reakcji zachodzących w temperaturach niższych powoduje większe przyspieszenie reakcji niż taki sam wzrost w wyższych przedziałach temperatur.
- Zależność szybkości reakcji od ciśnienia
Doświadczenie 3.
Istotny wpływ na szybkość reakcji reagentów gazowych ma ciśnienie. Wzrost ciśnienia powoduje zmniejszenie objętości mieszaniny reakcyjnej. Zmniejszenie odległości między cząsteczkami prowadzi do częstszych zderzeń. Reakcja w cylindrze 2. zachodzi szybciej niż w cylindrze 1.
Im większe ciśnienie, tym większa szybkość reakcji zachodzącej między substancjami gazowymi.
- Zależność szybkości reakcji od katalizatora
Doświadczenie 4.
H2O2 → H2O + O
W probówce I obserwuje się powolne wydzielanie nielicznych pęcherzyków gazu, którego małe stężenie nie sprzyja zapaleniu łuczywka. W probówkach II i III reakcja zachodzi gwałtownie, tlen wydziela się intensywnie. Rozżarzone łuczywko z łatwością się zapala. Obecność KI oraz MnO2 przyspiesza przebieg reakcji. W probówce IV do której dodano kwas ortofosforowy (V) nie dostrzegamy żadnych symptomów przebiegu reakcji. Reakcja rozkładu nadtlenku wodoru została zahamowana. H3PO4 spowodował zmniejszenie szybkości reakcji rozkładu H2O2.
Substancje użyte w doświadczeniu: KI, MnO2, H3PO4 zmieniają szybkość reakcji rozkładu nadtlenku wodoru na wodę i tlen.
Katalizator to substancja, która zmienia szybkość reakcji.
Zjawisko polegające na zmianie szybkości reakcji pod wpływem katalizatora nazywane jest katalizą. Ze względu na stan skupienia wyróżnia się katalizę homogeniczną i heterogeniczną.
W katalizie heterogenicznej katalizator zazwyczaj ma stały stan skupienia, substraty zaś są cieczami lub gazami. Reakcja zachodzi na powierzchni katalizatora, który adsorbuje cząsteczki substratów, na skutek czego rozluźniają się wiązania między atomami w tych cząsteczkach. Ułatwia to tworzenie produktów, zatem przyśpiesza przebieg reakcji. O szybkości reakcji decyduje przede wszystkim szybkość dyfuzji substratów do katalizatora i wielkość powierzchni katalizatora.
Katalizę homogeniczną charakteryzuje taki sam stan skupienia katalizatora i substratów. Działanie katalizatora polega na wytworzeniu produktu przejściowego, który następnie przekształca się w ostateczny produkt reakcji. Każda reakcja katalizowana jest zatem reakcją wieloetapową.
Katalizator powoduje podwyższenie lub obniżenie energii aktywacji reakcji. Takie katalizatory, które zwiększają energię aktywacji nazywamy inhibitorami.
Inhibitor spowalnia lub powoduje zahamowanie reakcji chemicznej.
Specjalnym rodzajem katalizy jest autokataliza. W reakcjach autokatalitycznych katalizatorem jest jeden z produktów reakcji. Przykładem jest reakcja manganianu (VII) potasu ze szczawianem potasu.
2KMnO4 + 5 K2C2O4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 6K2SO4 + 10CO2 + 8 H2O
