ქიმიური რეაქციის სიჩქარეს უდიდესი მნიშვნელობა აქვს, განსაკუთრებით კი სამრეწველო თვალსაზრისით, ვინაიდან ინდუსტრიაში ნივთიერების ყოველი ზედმეტი წვეთი, ყოველი ზედმეტი დახარჯული კილოვატი ენერგია და ყოველი ზედმეტი წამი აღიწერება პროდუქტის თვითღირებულებაზე. ამიტომ ქიმიური რეაქციების შესასწავლად, რომელსაც ხშირად ლაბორატორიაში დიდ ყურადღებას არ ვაქცევთ, ქიმიის ცალკე ქვედარგი გამოიყო და ეწოდა ქიმიური კინეტიკა. ქიმიური კინეტიკის მიზანია, დაადგინოს რეაქციის სიჩქარეზე მომქმედი ფაქტორები, განსაზღვროს რეაქციის სიჩქარე და ნათელი მოჰფინოს რეაქციის მექანიზმს.
როგორც წესი, გარდაქმნა მიმდინარეობს ერთ ან რამდენიმე სტადიად. თითოეულ სტადიაზე გარკვეული რაოდენობის ნაწილაკები (მოლეკულები, რადიკალები, იონები, ატომები) ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, რის მიხედვითაც განასხვავებენ მონო-, ბი-, ტრიმოლეკულურ რეაქციებს (ამ მოვლენას რეაქციის მოლეკულურობა ეწოდება).
გარდა მოლეკულურობისა, რეაქციის სიჩქარეზე არაერთი სხვა ფაქტორი ახდებს გავლენას, როგორიცაა ურთიერთქმედების ზედაპირის ფართი, ტემპერატურა, კონცენტრაცია და ა.შ. შესაბამისად, სიჩქარის განსაზღვრისას ყველა ფაქტორი უნდა იქნას გათვალისწინებული. ეს კი, ცხადია, გაანგარიშების პროცესს ართულებს. თუმცა ძალიან მარტივად გამოთება რეაქციის საშუალო სიჩქარე.
მოძრავი ობიექტის (ავტომობილის) საშუალო სიჩქარე როგორ შეიძლება გამოვთვალოთ? უნდა ვიცოდეთ რა მანძილი გაიარა და რა დროში. როდესაც ავტომობილი მოძრაობდა, იცვლებოდა მისი მდებარეობა, ანუ კოორდინატი. ამიტომ მათემატიკოსები ობიექტის სიჩქარის განსაზღრისათვის ამბობენ: სიჩქარე არის კოორდინატის წარმოებული დროით. რა იცვლება ქიმიური რეაქციის დროს? ცხადია, მოლეკეულების ბროუნის მოძრაობით გამოწვეული “გარბენილი” მანძილი არ იგულისხმება. ქიმიური რეაქციის დროს იცვლება კონცენტრაცია – მცირდება არსებული ნაერთებისათვის, ხოლო იზრდება – პროდუქტებისათვის. აქედან გამომდინარე, რეაქციის საშუალო სიჩქარის გამოსათვლელად უნდა ვიცოდეთ საწყისი და საბოლოო კონცენტრაცია და დრო, რომლის განმავლობაშიც მიღწეული იქნა ეს ცვლილება. ვთქვათ ჩავატარეთ ესტერის ჰიდროლიზის რეაქცია და ერთი საათის განმავლობაში ესტერის საწყისი კონცენტრაცია 1 მოლი/ლ-დან შემცირდა 0,5 მოლი/ლიტრამდე.
მაშინ ჰიდროლიზის საშუალო სიჩქარე იქნება:
რეაქციის სიჩქარის განზომილება არის კონცენტრაცია შეფარდებული დროზე – მოლი/ლწმ.
რატომ ვსაუბრობთ რეაქციის საშუალო სიჩქარეზე და ზოგადად სიჩქარეზე?
განვიხილოთ მარტივი რეაქცია, რომელიც ზოგადი სახით შეიძლება ასე გამოისახოს:
AàB
ვთავათ, ერთი მოლი A ნივთიერება გარდაიქმნება 1 მოლ B ნაერთში. რეაქციის საწყის ეტაპზე კოლბაში ჩატვირთული გვაქვს მხოლოდ A ნივთიერება და მისი კონცეტრაცია მაქსიმალურია (100%-ია). გარკვეული დროის შემდეგ ინიცირდება რეაქცია და A ნივთიერება იწყებს გარდაქმნას B ნივთიერებაში. შესაბამისად, A ნივთიერების კონცენტრაცია იწყებს კლებას, ხოლო B ნივთიერების კონცენტრაცია კი – მატებას (მისი კონცენტრაცია საწყის ეტაპზე ნულის ტოლი იყო). ავიღოთ კალციუმის კარბონატის ნატეხი ან თუთიის გრანულა და დავამატოთ მარილმჟავა. თვალნათლივ დავინახავთ, რომ გაზის გამოყოფა რეაქციის დასაწყისში უფრო ენერგიული იქნება, ვიდრე ფინიშისკენ. ზოგადად ყველა რეაქცია ასე მიმდინარეობს. გრაფიკულად თუ გამოვსახავთ კონცენტრაციის ცვლილებას, მაშინ A კომპონენტის კონცენტრაციის ცვლილებას ექნება შემდეგი სახე (ლურჯი ფერის მრუდი), ხოლო B ნივთიერების წარმოქმნა კი შეიძლება გამოვსახოთ წითელი ფერის მრუდით. დავაკვირდეთ t2-t1 დაt4-t3 ტოლ შუალედებში კონცენტრაციის ცვლილებას Bნაერთისათვის. პირველ შემთხვევაში იგი უფრო მნიშვნელოვნად იცლება, ვიდრე მეორე შემთხვევაში, ვინაიდან C2-C1სხვაობა მეტია C4-C3-ზე.
მაშასადამე, სხვადასხვა წერტილში (დროის სხვადასვა მომენტში) რეაქციის სიჩქარე განსხვავებულია. მოცემული გრაფიკის საშუალებით შესაძლებელია რეაქციის სიჩქარის გამოთვლა დროის გარკვეული მომენტისათვის. ამისათვის საკმარისია ზუსტად გავავლოთ მხები მოცემული წერილში და გამოვთვალოთ მისი დახრის კუთხის ტანგენსი. იმავე გრაფიკიდან ადვილად შეინიშნება, რომ t=0საწყის მომენტში რეაქციის სიჩქარე ნულის ტოლია.
აქედან გამომდინარე, რეაქციის სიჩქარე დროის გარკვეული მომენტისათვის შეიძლება გამოითვალოს როგორც საწყისი ნაერთის (მისი ხარჯვის), ისე პროდუქტის (მისი დაგროვების) მიმართ:
სადაც [A] არის A ნივთიერების კონცენტრაცია, ხოლოს [B]პროდუქტის კონცენტრაცია.
დავწეროთ რაიმე რეაქცია:
ზემოთ მოყვანილი რეაქციის სიჩქარის ზოგადი განტოლება კონკრეტული რექციისათვის სტექიომეტრიული კოეფიეციენტების გათვალისწინებით შემდეგნაირად შეიძლება ჩაიწეროს:
