число діючих частинок дорівнює числу частинок утворюються. Крім цих загальних назв, деякі групи X. реакцій здавна отримали спеціальні назви, напр. реакції горіння, окислення, відновлення, металепсії. дисоціації і недо. ін. Як видно з викладеного, в основу цієї класифікації покладено уявлення про зміну речовини, але, після того як в науку було введено поняття про енергію, для деяких цілей стало необхідним класифікувати X. реакції по зміні запасу енергії. З'ясувалося, що при X. реакції перетворення піддається не тільки речовина тіл, але і енергія їх, і згідно з цим ми приходимо до подання про X. реакції, як про сукупний зміні речовини тіл, що вступають в реакцію, і їх енергії. До цих двох основних елементів X. реакції - зміни речовини і зміни енергії - для повноти характеристики явища необхідно додати ще третій елемент - час, так як X. реакція, як і будь-який процес, відбувається в часі і має відомої швидкістю. Таким чином, в поняття про X. реакції входять три елементи: маса, енергія і час, і той відділ хімії, який вивчає залежність між цими трьома елементами, носить назву X. динаміки.
За зміною енергії, або за тепловим ефектом, реакції поділяються на екзотермічні і ендотермічні. Екзотермічні реакції супроводжуються виділенням тепла, ендотермічні реакції, суть реакції, що йдуть з поглинанням тепла (або взагалі енергії). Область хімії, що вивчає цю сторону X. реакцій, носить назву термохіміі (див.). Перш вважали, що тільки екзотермічні реакції обумовлюються дією X. причин, ендотермічні ж реакції розглядалися, як результат дії зовнішньої енергії. Крайнім виразом такого погляду з'явився принцип найбільшої роботи, згідно з яким X. реакція повинна спрямовуватися в бік виділення найбільшої кількості енергії (теплоти). В даний час цей погляд істотно змінився, і принцип найбільшої роботи визнається справедливим лише у відомих, певних умов протікання X. реакції. Хоча, дійсно, здійснення ендотермічних реакцій представляє велику трудність порівняно з екзотермічні, але, як ми побачимо зараз, це обумовлюється виключно умовами, необхідними для виникнення X. реакції. Необхідною умовою для того, щоб між тілами, здатними вступати в реакцію, дійсно почалася реакція, є перш за все безпосереднє зіткнення - дій на відстані хімія не знає. Чим досконаліша дотик тел між собою, тим повніше і досконаліше може відбуватися X. реакція, і досить самого незначного видалення між тілами, щоб реакція абсолютно припинилася. Цим пояснюється, чому найважче реакції відбуваються між твердими тілами, так як в твердому стані зіткнення можливо тільки в небагатьох точках. Подрібнення твердих тіл, приведення їх у можливо дрібне стан сприяє більш повному здійсненню реакції.
Ще повніше буде зіткнення, коли діючі тіла беруться в рідкому або газоподібному станах, особливо якщо ще можливе утворення розчинів, тоді проникнення одного тіла в інше буде відбуватися найбільш досконалим чином, і цим досягається Наісовершеннейшее зіткнення. Цим пояснюється, чому X. реакції відбуваються найбільш легко при сплаву, розчиненні, перетворенні в газоподібний стан. Таким чином, першою необхідною умовою для X. перетворення є зіткнення. Хоча в багатьох випадках варто тільки привести тіла в зіткнення, щоб викликати X. реакцію, але, взагалі кажучи, одного цього умови недостатньо. У більшості випадків потрібно ще додаткове умова, при існуванні якого реакція насправді тільки й відбувається. Таким додатковим умовою, достатнім, щоб викликати X. процес, взагалі кажучи, є необхідність, щоб система тел мала певний запас енергії, і якщо в системі запас енергії недостатній, то реакція може бути викликана лише введенням потрібної кількості енергії. Цю відсутню частину енергії можна ввести в будь-якій формі, але найбільш загальним випадком буде введення енергії у вигляді теплоти, і так як ввести деяку кількість теплоти можливо лише шляхом підняття температури діючих тіл, то це означає, що, взагалі кажучи, X. реакція може відбуватися тільки тоді, коли реагують тіла нагріті до певної температури. Ця температура для різних X. реакцій різна, але для одного і того ж перетворення в певних умовах строго постійна і так же характерна, як температури кипіння і плавлення тіл. Таким чином, виявляється, що нижче відомої температури X. перетворення зовсім не відбувається. Ця температура називається температурою початку реакції. Для різних реакцій вона змінюється дуже сильно: так, напр. деякі реакції починаються тільки при високій температурі - при прожарюванні, напр. графіт починає з'єднуватися з киснем тільки при 670 ° С, алмаз при 790 ° С, для фосфору досить легкого підвищення температури до + 40 ° C, щоб почалася реакція горіння. Температури початку деяких реакцій лежать навіть нижче звичайної температури, тому при звичайній температурі такі реакції йдуть самі собою при одному лише дотику; напр. дію натрію на соляну, сірчану і ін. кислоти, з'єднання кислот з лугами і т. п. але зниженням температури і такі, іноді дуже енергійні реакції, можна абсолютно припинити; так, при - 80 ° С металевий калій і натрій невизначений час можуть перебувати в соляній кислоті без всякого зміни, але як тільки кислота нагріється до температури початку реакції, негайно почнеться перетворення, що протікає досить сильно і бурхливо. Завдяки численним дослідженням Рауля Пікте, який багато сприяв введенню в науку поняття про температуру початку реакції, можна сказати, що нижче - 120 ° С все X. реакції припиняються. До сих пір зниженням температури не вдалося досягти припинення тільки однієї реакції - з'єднання водню з фтором. Муассан і Дьюар, які вивчали це питання, показали, що навіть при температурах нижче - 200 ° С ця реакція не припиняється, але, звичайно, немає ніякого сумніву, що ще більшим охолодженням можна буде досягти припинення і цієї реакції. Введення поняття про температуру початку реакції сприяло роз'яснення багатьох питань. Перш за все, воно з'ясовує то характерне відмінність, яка існує між екзотермічні і ендотермічними реакціями. Відомо, що багато екзотермічні реакції відбуваються у всій масі під впливом нагрівання в одній точці. Так, гримучий газ при звичайній температурі може залишатися без зміни невизначений час, але коштувати тільки нагріти його в який-небудь точці до температури близько 600 ° С, як негайно здійсниться енергійна реакція, що представляє характер вибуху. При явищах горіння точно так же досить загострити пальне тіло в одному місці, щоб викликати реакцію, яка далі відбувається вже сама собою. У реакціях ендотермічних місцеве нагрівання викликає тільки місцеву реакцію, яка на всю масу тіла не передається. Така відмінність обумовлюється тим, що для здійснення реакції потрібна певна температура. Якщо систему, здатну дати екзотермічну реакцію, нагріти в одній точці, то в цій точці відбудеться виділення теплоти, яка сусідні точки нагріє до температури початку реакції; реакція в цих точках знову виділить теплоту, яка викличе реакцію далі, і таким чином, вся маса тел прореагує далі вже сама собою, до самого кінця. Неважко також бачити, якими умовами повинен бути обставлений досвід, щоб вся маса тел прореагувала до кінця під впливом місцевого нагрівання, і яким має бути це нагрівання. Як ми побачимо далі, швидкість, з якою відбувається реакція, істотно залежить від температури; хоча точна залежність нам невідома, але, у всякому разі, безсумнівно, що швидкість всіх процесів зростає з підвищенням температури, і навіть не паралельно зі збільшенням температури, а в набагато більшому ступені. Уявімо, що ми маємо якусь систему, здатну проявити екзотермічну реакцію, нижче температури початку реакції. Нагріємо її в одній точці до температури початку реакції, тоді в цій точці відбудеться реакція і виділиться теплота. Ця теплота піде на нагрівання сусідніх точок, але так як навколишнє середовище має нижчу температуру, то частина теплоти витрачається через радіаційний і теплопровідність. Очевидно, що можливість того, щоб сусідні частинки нагрілися до температури початку реакції, буде залежати від того, що буде відбуватися швидше, нагрівання або охолодження. Швидкість нагрівання буде залежати від швидкості реакції і від величини теплового ефекту її, швидкість же охолодження буде заздрість від того, наскільки температура навколишнього середовища нижче температури початку реакції. Очевидно, наближаючи температуру навколишнього середовища все більш і більш до температури початку реакції, ми нарешті досягнемо такої температури, при якій нагрівання сусідніх точок буде відбуватися швидше охолодження, і тоді, отже, реакція протече далі сама собою, хоча маса реагуючих тел буде нагріта нижче температури початку реакції. Замість нагрівання навколишнього середовища можна того ж ефекту досягти іншим способом, а саме, потрібно місцеве нагрівання в одній точці довести до більш високої температури, тоді швидкість реакції зросте, а значить, і виділення теплоти, і нагрівання сусідніх точок відбудеться швидше, і якщо місцеве нагрівання буде вироблено до досить високої температури, то прибуток теплоти до сусідніх частинок буде перевищувати втрату теплоти в них через радіаційний і теплопровідність. Висновок звідси такий, що температура початку реакції і температура займання, взагалі кажучи, різні, і відмінність між ними тим більше, чим далі температура навколишнього середовища відстоїть від температури початку реакції і чим менше теплової ефект реакції. Дійсно, досвід показує, що для гримучого газу температура займання при звичайній температурі лежить близько 600 ° С, а між тим, температура початку реакції нижче 300 ° С, і навіть, судячи з дослідів Гелье, вона 200 ° С. Цими ж співвідношеннями пояснюється, чому в тонких капілярах вибух гримучого газу не передається і залежить від того, що стінки капіляра, представляючи значну масу порівняно з масою газу, віднімають теплоту і не дають частинкам газу нагрітися до необхідної температури. Само собою, зрозуміло, що при ендотермічних реакціях поширення реакції, внаслідок місцевого нагрівання, відбуватися не може, так як при цьому не тільки немає виділення теплоти, а навпаки, відбувається поглинання тепла, і тому температура сусідніх частинок не може підвищуватися. Крім теплоти, і інші види енергії можуть викликати наступ X. реакції.
Механічна робота здатна викликати багато хімічних реакцій. Так, багато тіл вступають в реакцію нижче температури початку реакції, під впливом тиску, тертя або удару. В цьому відношенні особливо повчальні досліди Спрінг, якому вдалося за допомогою тиску в кілька тисяч атмосфер отримати багато сірчисті метали при звичайній температурі, піддаючи тиску суміші дрібно подрібнених металів з порошком сірки.
Дія світла також викликає багато хімічні перетворення. Класичним прикладом може служити реакція сполуки під впливом світла хлору з воднем, вивчена Бунзеном і Роско. Сюди ж відносяться ті реакції галоїдних сполук срібла, на яких заснована фотографія. Нарешті, під впливом світла ж відбувається в зелених частинах рослин розкладання вуглекислоти і води, причому виділяється кисень і утворюються вуглеводи. Область хімії, що вивчає ці перетворення, називається фотохімією.
Електрика з давніх пір служить могутнім знаряддям для збудження хімічних реакцій, причому користуються або гальванічним струмом, під впливом якого в електролітах відбуваються різні X. реакції (електроліз), або тихим розрядом, коли реакцію проводять в діелектрику, схильному до дії двох протилежних електричних зарядів. Класичним прикладом перетворення, під впливом тихого розряду, є утворення озону.
Нарешті, до числа збудників X. реакцій відносяться так зв. контактні діячі. Контактними діячами звані. тіла, які викликають X. перетворення одним своєю присутністю. Найбільш чудовим тілом в цьому відношенні є платина. особливо, коли вона береться у вигляді дрібно роздробленою пилу (Бредіг) або у вигляді губчастої платини. Роль контактних діячів полягає в тому, що вони знижують температуру початку реакції і збільшують швидкість реакції; характерно при цьому те, що в X. равновесиях межі вони не змінюють. Застосування контактних діячів в даний час досягає великого значення, так як їх починають застосовувати в більшому розмірі в заводському справі (виробництво сірчаної кислоти).
До чудових явищ, дуже близько підходять до контактних, відноситься роль води в X. реакціях. Відомо, що багато тіл, мабуть, не здатні реагувати з водою, не реагують і між собою, якщо зовсім позбавлені вологості. Так, палаюча окис вуглецю гасне при зануренні в сухий кисень; точно так же НCl і NH 3. ретельно висушені, не зливаються між собою, і т. п. Роль води у всіх цих явищах досі абсолютно не пояснена. Нарешті, необхідно згадати про живих збудників - нижчих мікроорганізмах, присутність яких є необхідною умовою при багатьох процесах. Сюди відносяться бродіння. гниття. освіту в грунті азотистих з'єднань і безліч інших перетворень. Цілком ймовірно, дія мікроорганізмів в цих випадках зводиться до дії особливих з'єднань, що виробляються в організмі; прикладами подібних з'єднань можуть служити, напр. оксидаза. зимаза і ін. звані неорганізованими ферментами.
Нам залишається розглянути ще X. реакції з точки зору швидкості їх. Під ім'ям швидкості X. реакції на увазі відношення між кількістю речовини, що зазнав перетворення, і кількістю часу, під час якого перетворення відбулося. У статті хімічні рівноваги було з'ясовано, що швидкість перетворення приймається пропорційною добутку діючих мас або концентрацій. Тому загальне рівняння швидкості X. реакцій буде при постійній температурі:
де С є концентрація системи, t - час, а k - постійна величина. характерна для даного перетворення. З цього рівняння видно, що хід X. перетворення обумовлюється двома обставинами: величиною k і видом функції f (C). Величина k показує, наскільки швидко протікає процес у часі, і чим більше k, тим швидше відбувається перетворення. Вид функції f (C) показує, як зі зміною часу змінюється швидкість процесу. Що стосується першої величини k, то до сих пір ми поки що не маємо даних для того, щоб висловити її в абсолютних одиницях - в секундах - для більшості X. реакцій. Ми можемо тільки сказати, 1) що величина k сильно змінюється з температурою і середовищем, в якій відбувається реакція, і 2) що для різних реакцій вона змінюється в величезних межах. У той час, як для одних реакцій потрібні всього соті і навіть тисячні частки секунди (такі, напр. Вибухи), для інших реакцій необхідні години, дні і навіть роки. Що стосується виду функції f (C), то можна з великою вірогідністю вважати її досить відомою. Виявляється, що вид цієї функції залежить від числа частинок, що беруть участь в реакції. Так, для одномолекулярного перетворення, коли в реакції бере участь одна частинка, ми маємо:
якщо в реакції беруть участь дві частки, ми маємо
і т. д. і нарешті, для n частинок, ми маємо
Інтегруючи ці рівняння, отримаємо прості вирази, що зв'язують t і С, т. Е. Час і концентрацію, і можемо перевірити шляхом досвіду справедливість основних рівнянь швидкості, визначаючи концентрацію через різні проміжки часу і висловлюючи постійну k через t і С. Тоді, в разі , якщо наші рівняння відповідають дійсності, для k повинна виходити завжди одна і та ж величина. Таким чином і були вивчені багато реакції, і виявилося, що з великою вірогідністю ці рівняння можуть вважатися справедливими. Необхідно, однак, зауважити, що всі ці рівняння застосовні тільки для газів і розбавлених розчинів, т. Е. Тоді, коли зміна концентрації не впливає на властивості середовища, тому що зміна середовища істотно змінює константу k. Про оборотних реакціях - см. Оборотність хім. реакцій і Хімічні рівноваги.