הרבה גורמים משפיעים על הקצב של תגובות כימיות. הנושא קשור לתחום הקינטיקה הכימית והוא ענף מושך מאוד למחקר, מכיוון שיש ערך כלכלי רב בהאצת תגובות כימיות בתעשייה.
הדבר הראשון צריך להבין שתגובות כימיות דורשות מגע בין האטומים והמולקולות המגיבות. כוחות פיסיקליים כמו הכוח האלקטרומגנטי אמנם משפיעים בעוצמה על פני מרחקים ארוכים יחסית, אבל מאחר שתגובה כימית דורשת מעבר פיזי של אלקטרונים, פרוטונים (במקרה של תגובת חומצה-בסיס) או אפילו של אטומים שלמים ממקום למקום, תוך יצירה ופירוק של קשרים כימיים, חובה שיהיה מגע ישיר בין המגיבים. לכן, כל דבר שמגביר את המגע בין מגיבים בתגובה כימית מעלה גם את הקצב שלה:
לחץ: ככל שהלחץ בין מגיבים גזיים גבוה יותר גבוה, המרחק הממוצע בין המולקולות מצטמצם, מספר ההתנגשויות ביניהן גובר וקצב התגובה גובר1.
ריכוז: ככה שהריכוז גבוה יותר בתגובה בין מומסים, הצפיפות בתמיסה תיגדל, יגדל מספר ההתנגשויות ליחידת זמן וקצב התגובה יעלה.
ערבוב ובחישה: אפילו האמצעי המכני הפשוט הזה מעלה את מספר ההתנגשויות בין המגיבים ומגביר את קצב התגובה. השיטה הפשוטה הזאת נמצאת בשימוש נרחב בכל הסינתזות האורגניות במעבדה ובתעשייה).
טמפרטורה: הטמפרטורה מעלה את מהירות התנועה של אטומים ומולקולות, מגבירה כך את הסיכוי שיתנגשו, ולכן גם את קצב הריאקציה. אבל טמפרטורה עושה יותר מזה: היא מעלה את האנרגיה הממוצעת של כל חלקיק וכך מעלה את מספר ההתנגשויות ה'פוריות' (התנגשויות שמובילות לתגובה). תגובה כימית דורשת תמיד השקעת אנרגיה ראשונית המכונה "אנרגיית שיפעול", שתוציא אל הפועל את השלב הראשון של התגובה – למשל פירוק קשר כימי קיים בתוך מולקולה כדי ליצור מולקולה חדשה. טמפרטורה גבוהה מקנה לכל חלקיק את אנרגיית השיפעול הדרושה ומאיצה את התגובה. למעשה, העלאת טמפרטורה תעלה תמיד את קצב התגובה הכימית1, כך שמדובר באמצעי אגרסיבי ויעיל ביותר.
העלאת שטח הפנים של המגיבים: מאחר שהמגיבים צריכים להיפגש זה עם זה, ככל ששטח הפנים שלהם יותר גדול כך יגדל קצב התגובה. לכן, ככלל, גזים יגיבו מהר יותר מנוזלים, שיגיבו מהר יותר ממוצקים. במוצק – רק השטח החיצוני מגיב, כך שההגעה לתגובה עשויה לארוך אפילו שנים (תחשבו לרגע על גוש ברזל שמחליד באוויר במשך כמה שנים). כדי להאיץ תגובה של מוצקים אפשר להמיס אותם בממס (שמפריד את האטומים/מולקולות/יונים לחלקיקים בודדים) או לטחון אותם לאבקה. אלומיניום, למשל, לא נשרף באוויר, אבל אם טוחנים אותו לאבקה דקה ונושפים אותה על להבה הוא מתלקח מיד באש אדירה – בגלל הגדלת שטח הפנים שלו.
נוסף על השיטות הכלליות הללו להגברת קצב ההתנגשויות, אפשר להשתמש בשיטות ספציפיות יותר אך לא פחות יעילות:
שימוש בזרזים (קטליזטורים): זרזים הם חומרים כימיים שמאפשרים להוציא את התגובה אל הפועל בצורה שדורשת פחות אנרגיית שיפעול, ולכן מעלים את הסיכוי שתגובה תצא אל הפועל.
ציור סכמטי המדגים את השפעת הזרז על אנרגיית השיפעול, בתגובה בין X ו-Y ליצירת החומר Z (התמונות עובדו מתוך ויקיפדיה)
הזרזים עצמם אמנם משתתפים בתגובה אבל לחזורים בסופה למצבם הקודם, כך שבסך הכול הם אינם משתנים במהלך התגובה. שתי דוגמאות:
1) המתכות פלטינה ופלדיום משמשות זרזים לתגובות בין גזים ונמצאות למשל בממיר הקטליטי שבאגזוז המכונית. זה קורה משום שגזים נוטים להיספח אליהם ולעתים להתפרק לאטומים המגיבים אותם, ואז להגיב על פני המתכת ולהשתחרר בחזרה בתור גזים.
2) האנזימים בגוף האדם הם בעצם זרזים בעלי יעילות אדירה, ויכולים להגביר את קצב התגובות הכימיות פי מיליארד ויותר. הם עושים זאת בין היתר בשל היותם מעיין מכונות זעירות, 'ננו-מכונות' שיכולות לתפוס מולקולות ולקרבן זו לזו בדיוק בזווית המתאימה לתגובה, וכך מעלות את יעילות המפגש למאה אחוז. בעוד שבהתנגשויות אקראיות בין מולקולות בתמיסה, למשל, בגלל סטטיסטיקה פשוטה, הסיכוי ששתי מולקולות יתנגשו זו בזו בדיוק בזווית ובמקום שאמור להגיב הוא אפסי. הריבוזום בתא הוא מעיין ננו-מכונה המורכבת מאוסף גדול של חלבונים ואנזימים ומוציאה לפועל את תגובת ייצור החלבונים על פי הקוד של הדנ"א
נוסף על כל אלה, גורם אחד אינו תלוי בגורמים חיצוניים אלא רק באופי המולקולות: מולקולות קטנות יגיבו מהר יותר ממולקולות גדולות, תגובות של מעבר פרוטון מהירות מאוד (תגובות חומצה-בסיס), וכו'.
-----------------------------------------------------
1 אין להתבלבל עם גורמים תרמודינמיים כמו עיקרון לה-שטלייה, שעלולים להסיט את כיוון שיווי המשקל של התגובה בעקבות שינוי לחץ או טמפרטורה. בכל מקרה, שיווי המשקל יושג מהר יותר בלחץ גבוה יותר ובטמפרטורה גבוהה יותר.
שימו לב למידע נוסף על הנושא (שאלת הרחבה) בפורום שבתחתית הדף.
