Energia aktywacji to ilość energii, którą należy dostarczyć, aby mogła zajść reakcja chemiczna. Przykładowy problem poniżej pokazuje, jak określić energię aktywacji reakcji na podstawie stałych szybkości reakcji w różnych temperaturach.
Problem energii aktywacji
Zaobserwowano reakcję drugiego rzędu. The szybkość reakcji stała przy trzech stopniach Celsjusza wynosiła 8,9 x 10-3 L / mol i 7,1 x 10-2 L / mol przy 35 stopniach Celsjusza. Jaka jest energia aktywacji tej reakcji?
Rozwiązanie
The energia aktywacji można określić za pomocą równania:
ln (k2/ k1) = Eza/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
gdzie
miza = energia aktywacji reakcji w J / mol
R = idealna stała gazu = 8,3145 J / K · mol
T.1 oraz T2 = temperatura bezwzględna (w kelwinach)
k1 i k2 = stałe szybkości reakcji w T1 oraz T2
Krok 1: Przelicz temperatury na stopnie Celsjusza na Kelvina
T = stopnie Celsjusza + 273,15
T.1 = 3 + 273.15
T.1 = 276,15 K.
T.2 = 35 + 273.15
T.2 = 308,15 Kelvina
Krok 2 - Znajdź Eza
ln (k2/ k1) = Eza/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10
ln (7,98) = Eza/ 8.3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K.-1
2.077 = Eza(4,52 x 10-5 mol / J)
miza = 4,59 x 104 J / mol
lub w kJ / mol (podziel przez 1000)
miza = 45,9 kJ / mol
Odpowiedź: Energia aktywacji dla tej reakcji wynosi 4,59 x 104 J / mol lub 45,9 kJ / mol.
Jak korzystać z wykresu, aby znaleźć energię aktywacji
Innym sposobem obliczenia energii aktywacji reakcji jest wykreślenie lnk (stała szybkości) w funkcji 1 / T (odwrotność temperatury w kelwinach). Wykres utworzy linię prostą wyrażoną równaniem:
m = - Eza/ R
gdzie m jest nachyleniem linii, Ea jest energią aktywacji, a R jest idealną stałą gazu wynoszącą 8,314 J / mol-K. Jeśli wykonałeś pomiary temperatury w stopniach Celsjusza lub Fahrenheita, pamiętaj o ich konwersji do Kelvina przed obliczeniem 1 / T i wykreśleniem wykresu.
Jeśli miałbyś sporządzić wykres energii reakcji w stosunku do współrzędnej reakcji, różnica między energią reagenty i produkty byłyby ΔH, podczas gdy nadwyżka energii (część krzywej powyżej krzywej produktów) byłaby aktywacją energia.
Należy pamiętać, że podczas gdy większość szybkości reakcji rośnie wraz z temperaturą, w niektórych przypadkach szybkość reakcji zmniejsza się wraz z temperaturą. Reakcje te mają ujemną energię aktywacji. Tak więc, chociaż powinieneś spodziewać się, że energia aktywacji będzie liczbą dodatnią, pamiętaj, że możliwe jest, aby również była ujemna.
Kto odkrył energię aktywacji?
Szwedzki naukowiec Svante Arrhenius zaproponował termin „energia aktywacji” w 1880 r., aby zdefiniować minimalną energię potrzebną do zestawu reagentów chemicznych do interakcji i tworzenia produktów. Na schemacie energia aktywacji jest przedstawiona na wykresie jako wysokość bariery energetycznej między dwoma minimalnymi punktami energii potencjalnej. Minimalne punkty to energie stabilnych reagentów i produktów.
Nawet reakcje egzotermiczne, takie jak palenie świec, wymagają nakładu energii. W przypadku spalania reakcja zaczyna się od zapalonego zapałki lub ekstremalnego ciepła. Stamtąd ciepło wydzielane w reakcji dostarcza energii, aby była samowystarczalna.