Sisältö
Reagoivien aineiden pitoisuuden lisääminen lisää yleensä reaktionopeutta, koska enemmän reagoivia molekyylejä tai ioneja on läsnä reaktiotuotteiden muodostamiseksi.Tämä on erityisen totta, kun pitoisuudet ovat alhaiset ja harvat molekyylit tai ionit reagoivat. Kun pitoisuudet ovat jo korkeat, saavutetaan usein raja, jossa pitoisuuden lisäämisellä on vain vähän vaikutusta reaktionopeuteen. Kun mukana on useita reagensseja, yhden niistä pitoisuuden lisääminen ei ehkä vaikuta reaktionopeuteen, jos muita reagensseja ei ole tarpeeksi. Kaiken kaikkiaan pitoisuus on vain yksi tekijä, joka vaikuttaa reaktionopeuteen, ja suhde ei yleensä ole yksinkertainen tai lineaarinen.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Reaktionopeus yleensä vaihtelee suoraan reagoivien aineiden pitoisuuden muutosten kanssa. Kun kaikkien reagenssien pitoisuus kasvaa, enemmän molekyylejä tai ioneja vuorovaikutuksessa muodostuu uusia yhdisteitä, ja reaktionopeus kasvaa. Kun reagoivan aineen konsentraatio laskee, sitä molekyyliä tai ionia on vähemmän ja reaktionopeus pienenee. Erityistapauksissa, kuten korkeissa konsentraatioissa, katalyyttisissä reaktioissa tai yksittäisessä reagenssissa, reagenssien konsentraation muuttaminen ei saa vaikuttaa reaktionopeuteen.
Kuinka reaktionopeus muuttuu
Tyypillisessä kemiallisessa reaktiossa useat aineet reagoivat muodostaen uusia tuotteita. Aineet voidaan tuoda yhteen kaasuina, nesteinä tai liuoksena, ja kuinka suuri osa jokaisesta reagenssista on läsnä, vaikuttaa reaktion etenemisnopeuteen. Usein yhtä reagenssia on enemmän kuin tarpeeksi, ja reaktionopeus riippuu muista läsnä olevista reagensseista. Joskus reaktionopeus voi riippua kaikkien reagoivien aineiden pitoisuuksista, ja joskus katalyyttejä on läsnä ja ne auttavat määrittämään reaktion nopeuden. Erityisestä tilanteesta riippuen yhden reagenssin pitoisuuden muuttamisella ei voi olla vaikutusta.
Esimerkiksi magnesiumin ja suolahapon välisessä reaktiossa magnesium lisätään kiinteänä aineena suolahapon ollessa liuoksessa. Tyypillisesti happo reagoi metallin magnesiumatomien kanssa, ja kun metalli syödään pois, reaktio etenee. Kun lisää suolahappoa on liuoksessa ja konsentraatio on korkeampi, lisää suolahappo-ioneja syö metallista pois ja reaktio nopeutuu.
Samoin kun kalsiumkarbonaatti reagoi suolahapon kanssa, hapon konsentraation lisääminen nopeuttaa reaktionopeutta niin kauan kuin läsnä on riittävästi kalsiumkarbonaattia. Kalsiumkarbonaatti on valkoinen jauhe, joka sekoittuu veden kanssa, mutta ei liukene. Kun se reagoi suolahapon kanssa, se muodostaa liukoisen kalsiumkloridin ja hiilidioksidia vapautuu. Kalsiumkarbonaatin konsentraation lisäämisellä, kun liuoksessa on jo paljon, ei ole vaikutusta reaktionopeuteen.
Joskus reaktio riippuu katalyytteistä edetä. Tässä tapauksessa katalyytin konsentraation muuttaminen voi nopeuttaa tai hidastaa reaktiota. Esimerkiksi entsyymit nopeuttavat biologisia reaktioita, ja niiden pitoisuus vaikuttaa reaktionopeuteen. Toisaalta, jos entsyymi on jo täysin käytetty, muiden materiaalien pitoisuuden muuttamisella ei ole vaikutusta.
Kuinka määrittää reaktionopeus
Kemiallinen reaktio kuluttaa reagenssit ja luo reaktiotuotteita. Seurauksena reaktionopeus voidaan määrittää mittaamalla kuinka nopeasti reagenssit kulutetaan tai kuinka paljon reaktiotuotetta syntyy. Reaktiosta riippuen on yleensä helpointa mitata yksi helposti saatavilla olevista ja helposti havaittavissa olevista aineista.
Esimerkiksi yllä olevassa magnesiumin ja suolahapon reaktiossa reaktio tuottaa vetyä, joka voidaan kerätä ja mitata. Kalsiumkarbonaatin ja suolahapon reaktiolle hiilidioksidin ja kalsiumkloridin tuottamiseksi hiilidioksidi voidaan myös kerätä. Helpoin menetelmä voi olla reaktioastian punnitseminen sen määrittämiseksi, kuinka paljon hiilidioksidia on vapautunut. Mittaamalla kemiallisen reaktion nopeus tällä tavalla voidaan määrittää, onko jonkin reagenssin konsentraation muuttaminen muuttanut reaktionopeutta tietylle prosessille.