Az aktivációs energia az az energiamennyiség, amelyet el kell szállítani ahhoz, hogy a kémiai reakció folytatódjon. Az alábbi példaprobléma azt szemlélteti, hogy hogyan lehet meghatározni egy reakció aktiválási energiáját a reakciósebesség állandóitól különböző hőmérsékleteken.
Aktiválási energiaprobléma
Második rendű reakciót figyeltünk meg. Az reakciósebesség három Celsius fokos állandó 8,9x10-3 L / mol és 7,1 x 10-2 L / mol 35 Celsius fokon. Mi a reakció aktiválási energiája?
Megoldás
Az aktiválási energia meghatározható az egyenlet felhasználásával:
ln (k2/ k1) = Eegy/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
hol
Eegy = a reakció aktivációs energiája J / mol-ban
R = az ideális gázállandó = 8,3145 J / K · mol
T1 és T2 = abszolút hőmérsékletek (Kelvinben)
k1 és k2 = a reakciósebesség állandói T-nél1 és T2
1. lépés: Konvertálja a hőmérsékletet Celsius fokról Kelvinre
T = Celsius fok + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
2. lépés - Keresse meg E-tegy
ln (k2/ k1) = Eegy/ R x (1 / T1 - 1 / T
ln (7,1 x 10-2/8,9 x 10-3) = Eegy/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = Eegy/ 8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = Eegy(4,52 x 10-5 mol / J)
Eegy = 4,59 x 104 J / mol
vagy kJ / mol, (ossza meg 1000-vel)
Eegy = 45,9 kJ / mol
Válasz: A reakció aktiválási energiája 4,59 x 104 J / mol vagy 45,9 kJ / mol.
Grafikon használata az aktiválási energia megtalálásához
A reakció aktiválási energiájának kiszámításának másik módja az ln k (a sebességállandó) és az 1 / T (a hőmérséklet fordított hőmérséklete Kelvinben) összehasonlítása. A grafikon egyenes vonalat alkot az alábbi egyenlettel:
m = - Eegy/ R
ahol m a vonal meredeksége, Ea az aktivációs energia, és R az ideális gázállandó: 8,314 J / mol-K. Ha Celsius-ban vagy Fahrenheitben végeztem hőmérsékleti méréseket, ne felejtsd el konvertálni Kelvin-be őket, mielőtt kiszámítanák az 1 / T-t, és ábrázolnák a gráfot.
Ha diagramot készít a reakció energiájáról és a reakció koordinátájáról, akkor a különbség a A reagensek és a termékek ΔH lesznek, míg a felesleges energia (a görbenek a termékek fölötti része) aktiválódik. energia.
Ne feledje, hogy míg a legtöbb reakciósebesség növekszik a hőmérséklettel, vannak esetek, amikor a reakciósebesség a hőmérséklettel csökken. Ezeknek a reakcióknak negatív aktiválási energiája van. Tehát, bár várható, hogy az aktivációs energia pozitív szám legyen, ne feledje, hogy lehetséges, hogy negatív is.
Ki fedezte fel az aktiválási energiát?
Svéd tudós Svante Arrhenius 1880-ban javasolta az "aktivációs energia" kifejezést, hogy meghatározza a kémiai reagensek halmazához szükséges minimális energiát a kölcsönhatáshoz és a termékek képzéséhez. A diagramban az aktivációs energiát ábrázoljuk, mint egy energiagát magasságát a potenciális energia két minimális pontja között. A minimális pontok a stabil reagensek és termékek energiája.
Még az exoterm reakciók, például a gyertya égése, energiát igényelnek. Égés esetén megvilágított gyufa vagy extrém hő indítja el a reakciót. Onnan a reakcióból származó hő biztosítja az energiát, hogy önfenntarthatóvá váljon.