Aktiválási energia a minimális összeg energia szükséges a reakció. A potenciális energia gát magassága a reagensek és a termékek potenciális energia minimumjai között. Az aktivációs energiát E jelöliegy és jellemzően egységek kilojoule / mol (kJ / mol) vagy kilokalories per mol (kcal / mol). Az "aktivációs energia" kifejezést Svante Arrhenius svéd tudós vezette be 1889-ben. Az Arrhenius-egyenlet az aktivációs energiát a mérték amelyen egy kémiai reakció megy végbe:
k = Ae-Ea / (RT)
ahol k a reakciósebességi együttható, A a reakció gyakorisági tényezője, e az irracionális szám (megközelítőleg 2,718), Eegy az aktiválási energia, R az univerzális gázállandó, és T az abszolút hőmérséklet (Kelvin).
Az Arrhenius-egyenletből látható, hogy a reakció sebessége a hőmérséklet függvényében változik. Általában ez azt jelenti, hogy a kémiai reakció magasabb hőmérsékleten gyorsabban megy végbe. Van azonban néhány eset a "negatív aktiválási energiáról", ahol a reakció sebessége a hőmérséklettel csökken.
Miért van szükség aktiválási energiára?
Ha két vegyi anyagot összekevernek, akkor természetesen csak kis számú ütközés alakul ki a reagens molekulái között, hogy termékeket állítsanak elő. Ez különösen igaz, ha a molekulák rendelkeznek alacsony kinetikus energia. Tehát, mielőtt a reagensek jelentős részét termékekké alakíthatnák, le kell győzni a rendszer szabad energiáját. Az aktiválási energia azt a reakciót adja meg, amelyre kevés extra lendületre van szükség az induláshoz. Még exoterm reakciók aktiválási energiát igényel az induláshoz. Például egy halom fa önmagában nem kezd égni. A megvilágított gyufa biztosítja az aktiválási energiát az égés megkezdéséhez. Amint a kémiai reakció megkezdődik, a reakció által kibocsátott hő biztosítja az aktiválási energiát, hogy több reagenst termékré alakítson.
Időnként a kémiai reakció további energia hozzáadása nélkül folytatódik. Ebben az esetben a reakció aktiválási energiáját általában a környezeti hőmérséklettől származó hő biztosítja. A hő növeli a reaktáns molekulák mozgását, javítva az egymással való ütközés esélyét és növelve az ütközések erejét. A kombinációval valószínűbb, hogy a reagensek közötti kötelékek megszakadnak, lehetővé téve a termékek képződését.
Katalizátorok és aktiválási energia
Olyan anyagot, amely csökkenti a kémiai reakció aktivációs energiáját, a-nak nevezzük katalizátor. Alapvetõen a katalizátor a reakció átmeneti állapotának megváltoztatásával jár. A katalizátorokat a kémiai reakció nem használja fel, és nem változtatják meg a reakció egyensúlyi állandóját.
Az aktivációs energia és a Gibbs energia közötti kapcsolat
Az aktivációs energia egy kifejezés az Arrhenius-egyenletben, amelynek segítségével kiszámítják az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy átalakuljon a reaktánsokból a termékekbe. A Eyring-egyenlet egy másik kapcsolat, amely leírja a reakció sebességét, kivéve, hogy az aktiválási energia felhasználása helyett az átmeneti állapot Gibbs-energiáját tartalmazza. Az átmeneti állapot tényezőinek Gibbs-energiája mind a reakció entalpiájában, mind entrópiájában. Az aktiválási energia és a Gibbs energiája kapcsolatban áll, de nem cserélhetők fel.