Cinque fattori che influenzano i tassi di reazione

La velocità di una reazione è una considerazione molto importante in chimica, in particolare quando le reazioni hanno un'importanza industriale. Una reazione che sembra utile ma procede troppo lentamente non sarà utile in termini di realizzazione di un prodotto. La conversione del diamante in grafite, ad esempio, è favorita dalla termodinamica ma per fortuna procede in maniera quasi impercettibile. Al contrario, le reazioni che si muovono troppo velocemente possono talvolta diventare pericolose. La velocità di reazione è controllata da più fattori, ognuno dei quali può essere variato in condizioni controllate.

In quasi tutti i casi, l'aumento della temperatura delle sostanze chimiche aumenta la velocità della loro reazione. Questa reazione è dovuta a un fattore noto come "energia di attivazione." L'energia di attivazione per una reazione è l'energia minima di cui hanno bisogno due molecole per scontrarsi con una forza sufficiente per reagire. All'aumentare della temperatura, le molecole si muovono più vigorosamente e più di esse hanno l'energia di attivazione richiesta, aumentando la velocità della reazione. Una regola empirica molto approssimativa è che la velocità di una reazione raddoppia per ogni aumento di temperatura di 10 gradi Celsius.

Quando i reagenti chimici sono nello stesso stato, ad esempio entrambi disciolti in un liquido, la concentrazione dei reagenti influenza tipicamente la velocità di reazione. L'aumento della concentrazione di uno o più reagenti normalmente aumenterà la velocità di reazione in una certa misura, poiché ci saranno più molecole che reagiranno per unità di tempo. Il grado di accelerazione della reazione dipende dal particolare "ordine" della reazione. Nelle reazioni in fase gassosa, l'aumento della pressione spesso aumenterà la velocità di reazione in modo simile.

Il particolare mezzo utilizzato per contenere la reazione può talvolta avere un effetto sulla velocità di reazione. Molte reazioni avvengono in un qualche tipo di solvente e il solvente può aumentare o diminuire la velocità di reazione, in base a come avviene la reazione. È possibile accelerare le reazioni che coinvolgono una specie intermedia carica, ad esempio, utilizzando una specie altamente solvente polare come l'acqua, che stabilizza quella specie e ne favorisce la formazione e la successiva reazione.

I catalizzatori lavorano per aumentare la velocità di una reazione. Un catalizzatore funziona modificando il normale meccanismo fisico della reazione in un nuovo processo, che richiede meno energia di attivazione. Ciò significa che a una data temperatura, più molecole possederanno quell'energia di attivazione inferiore e reagiranno. I catalizzatori realizzano questo in una varietà di modi, sebbene un processo sia per il catalizzatore di agire come a superficie dove le specie chimiche vengono assorbite e mantenute in una posizione favorevole per la successiva reazione.

Per le reazioni che coinvolgono uno o più reagenti solidi in fase bulk, l'area superficiale esposta di quella fase solida può influenzare la velocità. L'effetto che normalmente si osserva è che maggiore è la superficie esposta, maggiore è la velocità. Ciò si verifica perché una fase bulk non ha concentrazione in quanto tale e quindi può reagire solo sulla superficie esposta. Un esempio potrebbe essere la ruggine, o ossidazione, di una barra di ferro, che procederà più rapidamente se viene esposta una superficie maggiore della barra.