B1.4 Temperatur

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvad temperatur er på mikroniveau
  • forklare, hvorfor en lille stigning i temperaturen kan give en stor stigning i reaktionshastigheden
  • bruge tommelfingerreglen om 10 °C til at vurdere, hvor meget hastigheden ændrer sig

Mad holder sig i dagevis i køleskabet, men kun få timer på køkkenbordet en varm sommerdag. De reaktioner, der får maden til at blive dårlig, går meget langsommere, når det er koldt. Temperaturen er den lettest tilgængelige knap at skrue på, når man vil ændre en reaktions hastighed.

Hvad er temperatur?

Molekylerne i et stof er altid i bevægelse. Temperaturen er et mål for, hvor meget bevægelsesenergi molekylerne har i gennemsnit. Jo højere temperaturen er, jo hurtigere bevæger de sig.

Molekylerne har dog ikke alle samme fart. Nogle bevæger sig langsomt, de fleste ligger omkring gennemsnittet, og nogle få bevæger sig meget hurtigt.

Figur 1: Fordelingen af molekylernes energi ved en lav og en høj temperatur. Det farvede område er de molekyler, der har mere energi end aktiveringsenergien.

To grunde til, at varme sætter farten op

Når temperaturen stiger, sker der to ting:

  1. Molekylerne bevæger sig hurtigere og støder derfor lidt oftere sammen.
  2. Mange flere molekyler får energi nok til at komme over aktiveringsenergien fra afsnit B1.3.

Den anden grund er langt den vigtigste. Figuren viser hvorfor. Ved den lave temperatur er det kun de allerhurtigste molekyler, der har mere energi end Ea. Når temperaturen stiger, flytter hele kurven sig en smule mod højre. Det ser ikke ud af meget, men området til højre for Ea bliver flere gange større.

Antallet af sammenstød stiger kun med et par procent, når temperaturen stiger 10 °C. Antallet af sammenstød med energi nok kan derimod blive fordoblet. I hastighedsudtrykket fra afsnit B1.2 er det hastighedskonstanten, k, der bliver større, når temperaturen stiger.

Tommelfingerreglen

VigtigtTommelfingerregel

Når temperaturen stiger 10 °C, bliver reaktionshastigheden omtrent dobbelt så stor.

Figur 2: Hastigheden fordobles for hvert trin på 10 °C.

Reglen bruges i trin. Tæl, hvor mange trin på 10 °C temperaturen ændrer sig, og gang med 2 for hvert trin. Falder temperaturen, divideres der med 2 for hvert trin.

NoteEksempel: fra 20 °C til 50 °C

En reaktion tager 80 s ved 20 °C. Hvor lang tid tager den omtrent ved 50 °C?

Trin 1: antal trin

Fra 20 °C til 50 °C er der 30 °C. Det er 3 trin på 10 °C.

Trin 2: hastigheden

Hastigheden fordobles 3 gange.

\[ \text{antal gange hurtigere} = 2 \cdot 2 \cdot 2 = 8 \]

Trin 3: tiden

Når hastigheden er 8 gange så stor, tager reaktionen en ottendedel af tiden.

\[ \text{tid ved 50 °C} = \frac{80\ \mathrm{s}}{8} = 10\ \mathrm{s} \]

Konklusion

Ved 50 °C tager reaktionen omtrent 10 s.

Reglen er kun et skøn. For nogle reaktioner bliver hastigheden 2 gange så stor, og for andre bliver den 3 eller 4 gange så stor. Jo højere aktiveringsenergien er, jo mere betyder temperaturen.

Temperaturen i forsøget med thiosulfat

Forsøget med thiosulfat og syre fra afsnit B1.2 kan også bruges til at undersøge temperaturen. Man bruger de samme koncentrationer hver gang, men varmer opløsningerne op i et vandbad, før de blandes.

Temperatur Δt 1/Δt
20 °C 40 s 0,025 s−1
30 °C 20 s 0,050 s−1
40 °C 10 s 0,10 s−1

Her passer tommelfingerreglen godt. Hver gang temperaturen stiger 10 °C, forsvinder krydset på den halve tid.

NoteKort sagt
  • Temperaturen er et mål for molekylernes gennemsnitlige bevægelsesenergi.
  • Ved en højere temperatur støder molekylerne lidt oftere sammen, og mange flere af dem har energi nok til at reagere.
  • Det er især antallet af molekyler med energi over aktiveringsenergien, der får hastigheden til at stige.
  • Tommelfingerreglen siger, at hastigheden omtrent fordobles, når temperaturen stiger 10 °C.

Prøv selv: Thiosulfat og syre: vælg temperaturen, og mål tiden.

Se alle opgaver til emnet “Temperatur” (B1.4)