Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije

Uvjet za odvijanje kemijske reakcije je efektivni sudar čestica tvari (atomi, molekle ili ioni) Pri svakom sudaru čestica međutim ne dolazi do kemijske promjene.

Znači da energija čestica koje se sudaraju premašuje energiju aktivacije, a smjer sudara (položaj) mora biti ispravan (energija potrebna za kemijsku reakciju).

Energija aktivacije

Razlika energija reaktanta i prijelaznog stanja je energijska barijera (energijski prag), odnosno energija koja je potrebna da bi do kemijske reakcije uopće došlo.

Ovu razliku energije nazivamo energijom aktivacije i označujemo s E_a. Energiju aktivacije moguće je prikazati energijskim dijagramima za egzotermnu i endotermnu reakciju.

Čimbenici koji utječu na brzinu kemijskih reakcija

Brzina kemijske reakcije ovisi o učestalosti uspješnih sudara (broju sudara u nekom vremenu) i energiji reaktanata.

Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije su:

koncentracija reaktanata,
temperatura,
agregacijsko stanje reaktanata,
površina reaktanata ako su reaktanti krutine.

Utjecaj agregacijskog stanja na brzinu kemijske reakcije

Budući su najslabije veze čestica u plinovitim stanju one su najbrže pa tako možemo iskazati da je brzina reakcije, u kojoj su reaktanti plinoviti, najbrža, a ona u kojoj su reaktanti u krutom stanju, najsporija.

Utjecaj koncentracije na brzinu kemijske reakcije

Što je koncentracija (c) reaktanata veća (>), broj mogućih uspješnih sudara je veći (>). Prema tome, i reakcija je brža.

Ovisnost brzine kemijske reakcije o koncenraciji reaktanata najbolje je prokazati zakonom brzine. Pojam zakona brzine formulirali su Guldberg i Waage tzv. zakonom o djelovanju masa. Brzina reakcije proporcionalna je koncentracijama reagirajućih tvari.

Brzina reakcije jednaka je umnošku konstante brzine reakcije i množinskih koncentracija reaktanata potenciranih apsolutnim vrijednostima njihovih stehiometrijskih koeficijenata.

Utjecaj temperature na brzinu kemijske reakcije

Brzina kemijske reakcije (v) raste s porastom temperature.

Općenito, ako se u nekoj reakcijskoj smjesi povisi temperatura za 10°C, brzina se približno udvostruči. Značajnu primjenu u određivanju brzine kemijskih reakcija kao i za izračunavanje energije aktivacije ima Arrheniusova jednadžba.

gdje je: N_akt – broj čestica koje sposobnih za efektini sudar, E_a – energija aktivacije

R – opća plinska konstanta, T – termodinamička temperatura, N_A – Avogadrova konstanta.

Grafički prikaz ovisnosti broja molekula i kinetičkih energija pri nižoj i višoj temperaturi pokazuje kako je reakcija brža pri višoj temperaturi zbog većeg broja povoljnih sudara.

Utjecaj površine reaktanata na brzinu kemijske reakcije

Brzina reakcije (v) veća (>) je što je veća (>) ukupna površina reaktanata u čvrstom agregacijskom stanju.

Zamislite veliku česticu neke tvari koja reagira s drugim tvarima. Da bi cijela čestica izreagirala, trebat će neko vrijeme da bi ona "slojevito" reagirala.

S druge strane, ako imamo manje čestice ta reakcija biti će brža zbog toga što je puno manje tih slojeva čestica.

Utjecaj katalizatora na kemijsku reakciju

Dodatkom katalizatora moguće je postići da se dovoljan broj uspješnih sudara postigne pri nižoj aktivacijskoj energiji u usporedbi s kemijskom reakcijom bez katalizatora.

Djelovanje katalizatora sastoji se u tome da on kratkotrajno reagira s jednim od reaktanata stvarajući nestabilni kompleks. Nestabilni kompleks zatim prelazi u produkt AB i katalizator koji izlazi iz reakcije kemijski nepromijenjen.

Tijekom reakcije katalizator može biti izložen promjenama, ali na kraju reakcije katalizator mora biti u jednakom stanju (=) kao na početku reakcije.

Ako je na kraju reakcije dodana tvar promijenjena, onda se takvu tvar ne može nazvati katalizatorom.

Katalizatori smanjuju energiju aktivacije (E_a). Time povećavaju brzinu (v) kemijskih reakcija. Postoje tvari koje povećavaju energiju aktivacije (E_a). Time smanjuju brzinu (v) kemijske reakcije. Takve tvari nazivaju se inhibitori.

Na sljedećem prikazu moguće je uočiti što se događa s energijom aktivacije korištenjem katalizatora (lijevo) i inhibitora (desno) na entalpijskom prikazu egzotermne reakcije.

Na sljedećem prikazu moguće je uočiti što se događa s energijom aktivacije korištenjem katalizatora (lijevo) i inhibitora (desno) na entalpijskom prikazu endotermne reakcije.