Скорость химической реакции определяется количеством веще­ства, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.

v = ∆С / ∆τ моль/(л·с)

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и от условий, в которых реакция протекает. Важнейшими из них яв­ляются: концентрация, температура и присутствие катализатора. Природа реагирующих веществ оказывает решающее влияние на скорость реакции.

Количественно зависимость между скоростью реакции и моляр­ными концентрациями реагирующих веществ описывается основ­ным законом химической кинетики – законом действующих масс (закон Гульдберг-Вааге): скорость химической реакции при постоянной температуре про­порциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

v = k [A]^a·[B]^b

Данная зависимость строго справедлива для газов или жид­ких веществ (гомогенные системы) и не распространяется на реак­ции с участием твердых веществ (гетерогенные системы).

Влияние температуры. Для приближенной оценки изменения скорости широко исполь­зуется температурный коэффициент скорости реакции Вант-Гоффа γ, показывающий во сколько раз изменяется ско­рость реакции при изменении температуры на определенную вели­чину ΔТ. В большинстве случаев при повышении температуры на 10° скорость гомогенной реакции увеличивается в 2–4 раза – правило Вант-Гоффа, т.е.

γ = k_T+10 / k_T ~ 2÷4

Зная величину γ, можно рассчитать изменение скорости реакции при изменении температуры от Т₁ до Т₂ по формуле

∆v = v (Т₂) / v (Т₁) = γ^(T2–T1)/10

Из этого следует, что при повышении температуры в арифмети­ческой прогрессии скорость возрастает в геометрической.

С. Аррениус установил, что увеличение температуры приводит к увеличению числа активных молекул. Минимальный избыток энергии, которым должны об­ладать частицы реагента для осуществления химического превраще­ния, называется энергией активации (Е).

Согласно Аррениусу, константа скорости реакции зави­сит от температуры экспоненциально

k = Ae^–E/RT

Здесь Е – энергия активации (Дж/моль), R – газовая постоянная, T – температура (К), А – предэкспонента (ее раз­мерность совпадает с размерностью k).

Катализ – изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов.

Вещества, ускоряющие скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается, называются катализаторами, а замедляющиескорость химической реакции – ингибиторами.

Скорость химической реакции возрастает в присутствии катализатора, в связи с понижением энергия акти­вации реакции(Е_а) через образование нестойких промежуточных соединений – активных комплексов. Процесс, идущий с образованием активного комплекса кинетически более выгоден, т.к. требуется меньшей затраты энергии. Схема химической реакции может быть представлена в виде схемы:

исходные вещества ↔ активные частицы + инертные молекулы ↔

продукты реакции

Из уравнения Аррениуса следует, что даже небольшое уменьшение энергии активации приводит к значительному возрастанию скорости реакции.

В результате реакции катализатор остается в химически неизменном состоянии и не расходуется. Однако физически катализатор изменяется, в ходе реакции на определенных стадиях катализатор вступает во взаимодействие с реагентами, а по окончании вновь выделяется.

Когда реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, говорят о гомогенном катализе. При гетерогенном ката­лизе реагенты и катализатор находятся в различных агрегатных со­стояниях: обычно катализатор – в твердом, а реагирующие вещест­ва – в жидком или газообразном.

Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию. Такого рода реакции, называются автокаталитическими.

Кроме того, нужно подчеркнуть, что для катализатора характерна избирательность действия, т. е. определенный катализатор, из­меняя скорость одной реакции, совершенно не оказывает влияния на скорость какой-то другой химической реакции.

Катализ играет большую роль не только в химии, но и в биоло­гии, так как практически все биохимические превращения, происхо­дящие в живых организмах, являются каталитическими. В роли ка­тализаторов в этом случае выступают ферменты – вещества биологического происхождения.