Скорость реакции

Средняя скорость по изменению концентрации, правило Вант-Гоффа: скорость при другой температуре и обратная задача

От режима зависят поля ниже

Концентрация в момент времени t₁

Концентрация в момент времени t₂

Обычно 0 — начало наблюдения

Скорость при первой температуре

Показывает, во сколько раз ускоряется реакция при росте температуры на каждые 10 °C (обычно 2–4)

Поле режима «изменение температуры»

Нашли ошибку или хотите предложить улучшение?

Улучшить калькулятор «Скорость реакции»

Теория

Скорость реакции показывает, как быстро расходуется исходное вещество или накапливается продукт. Среднюю скорость считают по изменению концентрации за промежуток времени: \(v = \dfrac{|\Delta c|}{\Delta t}\). Концентрацию берут в моль/л, время — в секундах, поэтому единица скорости — моль/(л·с). Для газов вместо концентрации удобно следить за объёмом или давлением, но формула остаётся той же.

Температура влияет на скорость очень сильно: по правилу Вант-Гоффа при изменении температуры на каждые 10 °C скорость меняется в \(\gamma\) раз, то есть \(v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}\). Температурный коэффициент \(\gamma\) обычно лежит в пределах от 2 до 4: нагрев на 30 °C ускоряет реакцию в \(2^3 = 8\) раз, а охлаждение замедляет её во столько же. Из этой же формулы выражают обратную задачу — на сколько градусов изменили температуру, если скорость изменилась в заданное число раз: \(\Delta T = \dfrac{10 \ln(v_2/v_1)}{\ln \gamma}\).

Направление смещения равновесия описывает принцип Ле Шателье: система противодействует внешнему воздействию. Нагревание смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, охлаждение — в сторону экзотермической; повышение давления — в сторону меньшего числа молей газа; увеличение концентрации реагента — в сторону продуктов. Катализатор ускоряет и прямую, и обратную реакцию одинаково, поэтому на положение равновесия не влияет — он только сокращает время его достижения.

Важно: не путайте скорость реакции и положение равновесия. Нагревание по правилу Вант-Гоффа ускоряет обе реакции, а по принципу Ле Шателье дополнительно смещает равновесие в сторону эндотермической.

Пример с решением

  1. Условие. Концентрация реагента уменьшилась с 2 моль/л до 0,5 моль/л за 30 секунд. Найдите среднюю скорость реакции. Во сколько раз она возрастёт при нагревании на 30 °C, если γ = 2?
  2. Формулы. \(v = \dfrac{|\Delta c|}{\Delta t}\) и \(v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}\).
  3. Подстановка. \(\Delta c = 2 - 0{,}5 = 1{,}5\) моль/л, \(\Delta t = 30\) с, поэтому \(v = 1{,}5 / 30\). Для нагревания: \(v_2 = v \cdot 2^{30/10}\).
  4. Вычисление. \(v = 0{,}05\) моль/(л·с); \(v_2 = 0{,}05 \cdot 8 = 0{,}4\) моль/(л·с).
  5. Ответ. Средняя скорость равна 0,05 моль/(л·с), при нагревании на 30 °C она вырастет в 8 раз. Калькулятор в режиме «Средняя скорость» при c₁ = 2, c₂ = 0,5, t₁ = 0, t₂ = 30 даёт те же значения, а в режиме Вант-Гоффа — множитель 8.

Главное

  • Средняя скорость: \(v = |\Delta c| / \Delta t\), единица измерения — моль/(л·с).
  • Правило Вант-Гоффа: каждые 10 °C меняют скорость в \(\gamma\) раз; типичные значения \(\gamma\) — от 2 до 4.
  • Обратная задача: \(\Delta T = 10 \ln(v_2/v_1) / \ln \gamma\) — по изменению скорости находят изменение температуры.
  • Ле Шателье: нагревание смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, давление — в сторону меньшего числа молей газа.
  • Катализатор ускоряет обе реакции и равновесие не смещает.