2. Ķīmisko reakciju ātrums un to ietekmējošie faktori

Novērojumi liecina, ka vielu pārvērtības jeb ķīmiskās reakcijas var noritēt ar dažādu ātrumu. Sērkociņa aizdegšanai nepieciešamas dažas sekundes, bet stalaktīti un stalagmīti veidojas alās vairāku simtu gadu laikā.

Ātrums ir lielums, kas izsaka jebkura lieluma izmaiņu laika vienībā. Piemēram, fizikā ķermeņa ātrumu definē kā ķermeņa veiktā ceļa garumu laika vienībā. Noskaidrosim, kas ir ķīmiskās reakcijas ātrums un ar kādiem lielumiem to var izteikt.

Ķīmiskā reakcija ir process, kas notiek laikā. Šim procesam var uzrakstīt reakcijas vienādojumu, kurā norāda reakcijas izejvielas un produktus.

 

 

Reakcijas sākumā laika momentā $t_0$ vielu A un B koncentrāciju apzīmēsim ar $c_0$. Laika momentā $t_1$ izejvielu koncentrāciju apzīmēsim ar $c_1$. Pēc noteikta laika sprīža $\mathrm{\Delta }t=t_1-t_0$ vielu A un B koncentrācija samazināsies, jo veidosies reakcijas produkts AB. Tāpēc koncentrācijas izmaiņa $\mathrm{\Delta }c=c_1-c_0$ būs negatīva. Ātrums, ar kādu mainās izejvielu koncentrācija, ir $v=-\frac{{\mathrm{\Delta }c}_{\mathit{izejviel}ām}}{\mathrm{\Delta }t}$.

Reakcijas ātrums vienmēr ir pozitīvs lielums, tāpēc izteiksmes priekšā jāliek pluss zīme, ja mēra reakcijas produkta koncentrācijas izmaiņu, bet mīnuss zīme, ja mēra izejvielu koncentrācijas izmaiņu.

Ja gribam raksturot reakcijas produktu koncentrācijas izmaiņu tajā pašā laika intervālā $\mathrm{\Delta }t$, tad tā būs palielinājusies. Šoreiz koncentrācijas izmaiņa $\mathrm{\Delta }c$ būs pozitīva. Ātrums, ar kādu mainīsies reakcijas produktu koncentrācija, būs $v=\frac{{\mathrm{\Delta }c}_{\mathit{produktiem}}}{\mathrm{\Delta }t}$.

Lai uzzinātu, kāda ir reakcijas ātruma mērvienība, reakcijas ātruma izteiksmē ievietosim koncentrācijas un laika mērvienības $v=\pm \frac{\mathrm{\Delta }c}{\mathrm{\Delta }t}\left(\frac{\mathit{mol}}{l\cdot s}\right)$. Tātad reakcijas ātruma mērvienība ir mols uz litru sekundē.

Ja reakcijas ātrumu nosaka eksperimentāli, tad mēra pētāmās vielas koncentrāciju divos dažādos laika momentos un koncentrācijas starpību $\mathrm{\Delta }c$ dala ar laika intervāla garumu $\mathrm{\Delta }t$. Šādā veidā var izmērīt reakcijas vidējo ātrumu.

 

Ķīmisko reakciju ātrumu ietekmē vairāki faktori: reakcijā iesaistīto vielu daba, reaģējošo vielu koncentrācija, temperatūra, saskares virsmas laukums un katalizatora klātbūtne.

Aplūkosim šos faktorus!

Vielu pārvērtības var notikt tikai tad, ja to daļiņas saduras.

Molekula AB nevar rasties, ja nenotiek daļiņu A un B sadursme. Šī iemesla dēļ molekulu sadursmju biežums vistiešākajā veidā ietekmē reakcijas ātrumu - jo biežākas ir izejvielu molekulu sadursmes, jo lielāks ir reakcijas ātrums. Šis apstāklis tad arī izskaidro, kā izejvielu koncentrācija ietekmē reakcijas ātrumu.

Palielinot koncentrāciju, reakcijas ātrums palielinās, jo molekulu sadursmes kļūs biežākas. Aplūkotajā piemērā varbūtība sadurties daļiņai A ar daļiņu B ir proporcionāla abu vielu koncentrācijai.

Reakcijas ātruma atkarību no reaģējošo vielu koncentrācijas nosaka darbīgo (aktīvo) masu likums.

Reakcijas ātruma konstante rāda, cik liels būs reakcijas ātrums, ja visu izejvielu koncentrācija būs 1 mol/l. Šī konstante nav atkarīga no vielu koncentrācijas.

 

 

Ja reakcija notiek starp gāzveida vielām, tad reakcijas ātrumu ietekmē arī spiediens. Palielinot gāzes spiedienu, samazinās attālums starp reaģējošo vielu daļiņām, sadursmes notiek biežāk, un reakcijas ātrums palielinās.

 

Daļiņu sadursmju biežumu nosaka arī reaģējošo vielu saskares virsmas laukums. Šis faktors ietekmē tikai to reakciju, kurā piedalās cietas vielas. Piemēram, atšķirīgu gāzes izdalīšanās ātrumu var novērot, ja sālsskābe HCl reaģē ar cinka Zn granulām vai pulveri. Reakcijas ātrums ir tieši proporcionāls reaģējošo vielu virsmai. Ūdeņradis ātrāk izdalās reakcijā ar cinka pulveri.