Реакції протікають або в одному середовищі (наприклад, реакції між газами або розчинами), або не в однорідної (наприклад, між газом і твердою речовиною, на поверхні рідкої речовини і газоподібного, на поверхні рідкого і твердого речовин). У першому випадку реакції називаються гомогенними і йдуть у всьому обсязі, заповненому реагентами, а в другому - гетерогенними і йдуть на поверхні зіткнення речовин, званою поверхнею розділу фаз.

Швидкість гомогенної реакції визначається кількістю речовини вступило в реакцію або утворився в результаті реакцій за одиницю часу в одиниці об'єму

де 1 - зміна кількості речовини, V - об'єм системи (розчину, суміші реагуючих газів), - інтервал часу.

- зміна молярної концентрації, то

Швидкість гомогенної хімічної реакції можна визначити як зміна молярної концентрації реагенту або продукту за одиницю часу

Оскільки молярна концентрація висловлюють в моль / л, а час в секундах, то швидкість гомогенних хімічної реакції вимірюють моль / л · с в або в моль / м³ · с (в системі СІ).

Зміна концентрації реагуючих речовин з плином часу можна представити графічно у координатах концентрація - час.

Зміна концентрації вихідних речовин в процесі реакції

Зміна концентрації продуктів в процесі реакції

Швидкість гетерогенної реакції визначається кількістю речовини, що вступив в реакції або утворив в результаті реакції за одиницю часу в одиниці поверхні розділу фаз

де S - площа поверхні розділу фаз. Швидкість гетерогенної хімічної реакції вимірюють у моль / м2 с.

При визначенні швидкості хімічних реакцій не має значення про який з речовин, що беруть участь в реакції, йдеться, тому що всі вони пов'язані рівнянням реакції і зміна кількості або концентрації одного з них призводить до еквівалентного зміни кількості і концентрації всіх інших.

Якщо про швидкість хімічних реакцій судять по зміні концентрацій або кількості одного з вихідних речовин, то в формулах (1 - 3) перед дробом ставлять знак мінус, тому що чисельник в цьому випадку має від'ємне значення а швидкість реакції величина позитивна. Крім того, слід зазначити, що концентрація речовини залежить від обсягу системи, тому формули (1) і (2) справедливі лише при постійному обсязі системи.

Швидкість хімічних реакцій не є величиною постійною: з плином часу вона зменшується від максимального значення в початковий момент часу до нуля, якщо реакція необоротна, або до деякого визначення значення, якщо оборотна.

Тому значення v, визначене за рівнянням (1 - 3), є середнім в інтервалі часу . Однак, в хімічній кінетиці частіше розглядають не середню швидкість, хімічної реакції, миттєву, тобто швидкість реакції в даний момент часу (в дану мить). Миттєву швидкість гомогенної реакції визначають за формулою:

Швидкість хімічної реакції залежить від

• концентрації реагуючих речовин
• температури
• природи (енергії активації) реагуючих речовин
• тиску (реакції за участю газів)
• ступеня подрібнення (реакції, що протікають за участю твердих речовин)
• різного роду випромінювання (видиме світло, ультрафіолетове і інфрачервоне випромінювання, рентгенівські промені)
• наявність каталізатора

У загальному випадку

Швидкість хімічної реакції тим більше, чим менше енергія активації і чим більше концентрація, тиск, температура і ступінь подрібнення реагуючих речовин, а також, коли реакція протікає в присутності каталізатора або під дією якого-небудь випромінювання.

Залежність швидкості хімічних реакцій від концентрації реагуючих речовин описується законом діючих мас:

При постійній температурі швидкість хімічних реакцій прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівних стехиометрическим коефіцієнтам при формулах цих речовин в рівнянні реакцій.

Так, для реакції n · A + m · B = q · D закон діючих мас має вигляд:

де k - коефіцієнт пропорційності, званий константою швидкості даної хімічної реакції; С (А), С (В) - молярні концентрації реагуючих речовин А і В.

Константа швидкості хімічних реакцій не залежить від концентрації реагуючих речовин, а визначається природою реагуючих речовин і умовами протікання реакції (температурою, тиском, наявністю каталізатора). Для конкретної реакції, що протікає при даних умовах, константа швидкості є величина постійна.

Якщо реагують речовинами є гази, то закон дії мес можна записати через парціальні тиску газів.

Парціальним тиском називається частина загального тиску газової суміші, обумовлена в ній даного газу, займаючи один об'єм суміші. Тиск суміші газів, хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі їх парціальних тисків (закон Дальтона).

Закон діючих мас є основним законом хімічної кінетики. Він застосуємо лише для реакцій, що протікають в гомогенної (однорідної) рідкої або газовому середовищі. У разі гетерогенних (неоднорідних) систем закон діючих мас враховує концентрації тільки газоподібний речовин. Наприклад, для реакції:

4 Fe (тв) + 3О2 (г) = 2 Fe 2 O 3 (тв)

закон діючих мас можна записати у вигляді:

Збільшення швидкості хімічних реакцій зі збільшенням концентрації реагують речовин пояснюється теорією зіткнень, згідно з якою реакції протікають при зіткненнях молекул реагуючих речовин і, хоча не кожне зіткнення призводить до хімічної взаємодії, з ростом концентрації (тиску для газів) зростає число зіткнень, а, отже, збільшується і швидкість хімічної реакції.

Залежність швидкості хімічної реакції від температури визначає правило Вант-Гоффа:

Швидкість більшості хімічних реакцій при підвищенні температури на кожні 10 ° С зростає в 2 - 4 рази.

Математично правило Вант-Гоффа виражається формулою:

де = 2 - 4 - температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції, що показує як змінюється швидкість реакції при зміні температури на 10 ° С (наприклад, якщо для деякої реакції = 3, то значить, що при підвищенні температури 10 ° С швидкість цієї реакції збільшується, а при зниженні температури на 10 ° С - зменшується в 3 рази); v t1, v t2 - швидкість хімічної реакції при температурах t1 і t2 відповідно.

Оскільки час протікання реакції обернено пропорційно швидкості (чим вище швидкість хімічної реакції, тим за менший проміжок часу вона протікає), то правило Вант-Гоффа можна записати у вигляді:

Збільшення швидкості хімічної реакції з підвищенням температури, на перший погляд можна пояснити збільшенням швидкості хаотичнорухомих молекул і, отже, збільшенням числа зіткнень в одиницю часу. Однак, розрахунки показують, що при підвищенні температури на 100 ° С число зіткнень збільшується всього в 1,2 рази, в той час як швидкість хімічної реакції зросте в тисячі разів.

Різке збільшення швидкості хімічної реакції з підвищенням температури пояснює теорія активації, згідно з якою при зіткненнях в хімічну реакцію вступають тільки активні молекули, тобто молекули, що володіють у порівнянні з іншими молекулами, деякою надлишковою енергією, достатньою для взаємодії.