Взаимодействие между различными веществами происходит при различных условиях и с различной скоростью. Понятие о скорости химической реакции является одним из важнейших в химии. Скорость химической реакции характеризуется изменением концентрации реагирующих веществ за единицу времени. Концентрация выражается числом молей в 1 л, время — секундами, минутами или часами в зависимости от скорости данной реакции.
Так как все реагирующие вещества связаны между собой уравнением реакции, по изменению концентрации одного вещества можно судить об изменениях концентрации всех остальных. Например, исходная концентрация одного из реагирующих веществ составляла 2 моль/л, а через 5 мин от начала реакции она стала 1,5 моль/л; таким образом средняя скорость реакции
будет равна (2-1,5)/5=0,1 моль/л в минуту.
Для того чтобы произошло химическое взаимодействие веществ, молекулы или ионы должны столкнуться. Только при этом станет возможным образование молекул новых веществ (продуктов реакции). Ясно, что скорость реакции будет пропорциональна числу столкновений, которое будет тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ.
В 1867 г. К. М. Гульберг и П. Вааге открыли так называемый закон действия масс, устанавливающий зависимость скорости химической реакции от концентрации. Согласно этому закону скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
Так, для реакции А+В=АВ выражение для скорости реакции будет иметь вид
V = k[A] [В],
где V — скорость реакции; [А] — концентрация вещества А; [В]—концентрация вещества В; k — коэффициент пропорциональности, или константа скорости.
Опыт показывает, что скорость химической реакции зависит от температуры, причем при повышении температуры скорость большинства реакций увеличивается. Это объясняется тем, что при повышении температуры увеличивается скорость движения молекул, а следовательно, и число столкновений между ними. Кроме того, скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ.
Эти два фактора влияют на величину константы скорости и, следовательно, она зависит от температуры и природы реагирующих веществ, а также от присутствия катализатора.
Если [А]=1 и [В]=1, то V=k. Константа скорости k численно равна скорости данной реакции, если концентрации реагирующих веществ или их произведение равны единице.
Если 2 моля вещества А вступят в реакцию с 3 (молями вещества В, т. е. 2А +ЗВ = С, то скорость данной реакции
V= k [А]2 [B]3
Таким образом, для реакции
mА + nВ = рС
выражение для скорости реакции будет следующее:
V = k [A]m [В]n
Например, скорость реакции окисления оксида азота равна
2NO + 02 = 2N02
V= k[NO]2[02].