7. Kemiallisen reaktion nopeus

Reaktionopeus

Erilaisia kemiallisia reaktioita on olemassa valtava määrä. Pelkästään ihmisen kehossa niitä tapahtuu noin 400 miljardia. Jotkut reaktiot ovat räjähtävän nopeita, kuten esimerkiksi vedyn ja hapen välinen reaktio. Toiset taas ovat hyvin hitaita, kuten esimerkiksi raudan ruostuminen.

Kemiallisen reaktion reaktionopeuteen vaikuttavat useat tekijät:

ainepari eli mitkä aineet reagoivat keskenään
aineen hienojakoisuus
aineiden väkevyys
lämpötila
sekoitus
katalyytti

Kemiallista reaktiota ei voi tapahtua, jos aineet eivät pääse toistensa luokse. Yksi tapa estää reaktiota tapahtumasta on estää aineiden kohtaaminen.

Sekoittaminen

Jotta reaktio voisi tapahtua, täytyy reagoivien aineiden kohdata toisensa. Jos koeputkea ravistetaan tai sen sisältöä sekoitetaan lasisauvalla, reagoivat aineet lähtevät liikkeelle. Kun ne liikkuvat, ne törmäävät helpommin toisiinsa, jolloin myös reaktio voi tapahtua. Sekoittamisen vaikutuksen näkee hyvin esimerkiksi siinä, miten sokeri liukenee veteen: Jos vain kaadat lusikallisen sokeria vesilasilliseen, se jää kasaksi lasin pohjalle. Jos myös sekoitat, sokeri liukenee veteen ja katoaa näkyvistä.

Väkevyys

Aineen väkevyyden kasvaessa hiukkasten määrä suurenee ja törmäyksiä tapahtuu enemmän ja suotuisen törmäysten määrä lisääntyy.

Reaktionopeus on suuri reaktion alussa, lähtöaineiden pitoisuuden pieneneminen aiheuttaa reaktion hidastumista.

Hienojakoisuus

Kokonainen rautanaula syöpyy hitaasti suolahappoliuoksessa. Jos toinen saman massainen rautanaula jauhetaan hienojakoiseksi rautapulveriksi, niin pulveri reagoi todella kiivaasti suolahappoliuoksen vetykloridin kanssa, jolloin vapautuu vetykaasua. Tämä johtuu siitä, että vetykloridi reagoi niiden rauta-atomien kanssa, jotka ovat raudan pintakerroksessa. Kun pinta-alaa saadaan kasvatettu, niin pinnalla olevien rauta-atomien määrä lisääntyy. Samalla lisääntyy niiden törmäysten lukumäärä, jotka johtavat kemiallisen reaktion tapahtumiseen. Aineen jauhaminen hienojakoisemmaksi siis kasvattaa rekstionopeutta.

Ainepari

Aineet ovat erilaisia. Kaikki atomit eivät ole halukkaita reagoimaan toisten aineiden kanssa, toiset taas ovat vähän liiankin halukkaita muodostamaan yhdisteitä. Esimerkiksi jalokaasut eivät reagoi toisten aineiden kanssa.
Typpi, joka yksittäisinä atomeina on hyvin reaktiivinen aine, ei puolestaan reagoi toisten aineiden kanssa kovinkaan helposti, jos se on kaasumaisessa olomuodossa molekyyleinä N₂

Lämpötila

Lämpötilan lisäys lisää reagoivien aineiden rakennehiukkasten liikettä. Lämpöliikkeen lisääntyessä kemialliseen reaktioon johtavien törmäysten lukumäärä kasvaa.

Nyrkkisääntönä voidaan pitää sitä että kun reaktion lämpötila kohoaa 10°C:sta, niin reaktionopeus kaksi-kolminkertaistuu.

Tämä tarkoittaa sitä, jos reaktion nopeus lämpötilassa 30°C on tasan yksi, niin nopeus lämpötilassa 90°C voi olla jopa 3⁶ = 729 -kertainen alkuperäiseen verrattuna. Sama asia kääntäen, jos reaktio tapahtuu lämpötilassa 30°C 729 sekunnissa, niin se voi tapahtua lämpötilassa 90°C noin yhdessä sekunnissa. Tämän takia kannattaa kemian töitä tehdessä olla tarkkana annettujen reaktiolämpötilojen kanssa, ettei vahinkoja pääsisi tapahtumaan. Lämpötilan kasvu siis nopeuttaa rektiota.

Katalyytti

Katalyytit ovat kemiallisia aineita, jotka nopeuttavat tiettyjen aineiden välistä reaktiota, mutta eivät itse kulu reaktiossa. Esimerkiksi kaikki sokeripitoiset liuokset muuttuvat ennen pitkään etanoliksi ja hiilidioksidiksi.

Reaktio tapahtuu hitaasti, mutta lisäämällä joukkoon hiivaa, niin käymisreaktio nopeutuu valtavasti. Reaktiota katalysoivat hiivan entsyymit.

Toinen esimerkki katalyyttin vaikutuksesta käy ilmi, kun lisätään ruuninkiveä eli mangaanidioksidia MnO₂ vetyperoksidin H₂O₂ joukkoon. Vetyperoksidin hajoaminen vedeksi ja hapeksi on melko hidas reaktio, mutta ruuninkiven avulla hajoaminen kiihtyy huomattavasti. Katalyytin vastakohta on inhibiitti. Sen läsnäolo hidastaa kemiallista reaktiota. Jokapäiväisestä elämästä tutuimpia inhibiitteja ovat säilöntäaineet, jotka hidastavat elintarvikkeiden pilaantumisprosessia.