በኬሚስትሪ ውስጥ፣ አተሞችን ወይም ሞለኪውሎችን ለማንቀሳቀስ የሚያስፈልገው አነስተኛ የኃይል መጠን ኬሚካላዊ ለውጥ ወይም አካላዊ መጓጓዣ ወደ ሚፈጠርበት ሁኔታ ገቢር ኢነርጂ ይባላል ። በሽግግር ግዛት ንድፈ ሃሳብ ውስጥ፣ የማግበር ሃይል በአተሞች ወይም ሞለኪውሎች ንቁ ወይም የሽግግር ሁኔታ ውቅር እና በአተሞች ወይም ሞለኪውሎች መካከል ያለው የኃይል ይዘት ልዩነት ነው። ሁልጊዜ ማለት ይቻላል, የምላሽ ሁኔታ የሚከሰተው ምላሽ ከሚሰጡ ምርቶች (ሪአክተሮች) ከፍ ባለ የኃይል ደረጃ ላይ ነው. ስለዚህ, የማንቃት ኃይል ሁልጊዜ አዎንታዊ ዋጋ አለው. ምላሹ ሃይልን ቢወስድም ይህ አወንታዊ እሴት ይከሰታል ( ኢንደርጎኒክ ወይም endothermic ) ወይም ያመነጫል ( ኤክሰሮኒክ ወይም ኤክሶተርሚክ )።
የማግበር ጉልበት ለኤአ አጭር ነው ። በጣም የተለመዱት የ Ea አሃዶች ኪሎጁል በአንድ ሞል (kJ/mol) እና kilocalories per mole (kcal/mol) ናቸው።
የ Arrhenius Ea እኩልታ
ስቫንቴ አርሄኒየስ የስዊድን ሳይንቲስት ሲሆን በ 1889 የአክቲቬሽን ሃይል መኖሩን አሳይቷል, ስሙን የሚጠራውን እኩልነት በማዳበር. የአርሄኒየስ እኩልታ በሙቀት እና በምላሽ ፍጥነት መካከል ያለውን ትስስር ይገልጻል። ይህ ግንኙነት የኬሚካላዊ ምላሾችን ፍጥነት እና ከሁሉም በላይ ለእነዚህ ምላሾች አስፈላጊ የሆነውን የኃይል መጠን ለማስላት አስፈላጊ ነው.
በአርሄኒየስ እኩልታ፣ K የግብረ-መልስ ምጣኔ (ምላሽ ድግምግሞሽ) ነው፣ ሀ ሞለኪውሎቹ ለምን ያህል ጊዜ እንደሚጋጩ እና ሠ ቋሚ (በግምት ከ 2.718 ጋር እኩል ነው)። በሌላ በኩል, Ea የነቃ ኃይል ነው እና R ሁለንተናዊ ጋዝ ቋሚ ነው (የኃይል አሃዶች በአንድ ሙቀት መጨመር በአንድ ሞለ). በመጨረሻም ቲ በዲግሪ ኬልቪን የሚለካውን ፍፁም ሙቀትን ይወክላል።
ስለዚህ፣ የአርሄኒየስ እኩልታ እንደ k= Ae^ (-Ea/RT) ተወክሏል። ነገር ግን፣ ልክ እንደ ብዙ እኩልታዎች፣ የተለያዩ እሴቶችን ለማስላት እንደገና ሊደራጅ ይችላል። ይሁን እንጂ የነቃ ኃይልን (Ea) ለማስላት የ A ን ዋጋ ማወቅ አስፈላጊ አይደለም, ምክንያቱም ይህ እንደ የሙቀት መጠን እንደ የምላሽ መጠን መለኪያዎች ልዩነት ሊወሰን ይችላል.
የኢኤ ኬሚካዊ ጠቀሜታ
ሁሉም ሞለኪውሎች አነስተኛ መጠን ያለው ኃይል አላቸው, ይህም በኪነቲክ ኃይል ወይም እምቅ ኃይል መልክ ሊሆን ይችላል. ሞለኪውሎች በሚጋጩበት ጊዜ የእንቅስቃሴ ኃይላቸው ሊረብሽ አልፎ ተርፎም ትስስርን ሊያጠፋ ይችላል፣ ይህም ኬሚካላዊ ግብረመልሶች ሲከሰቱ ነው።
ሞለኪውሎቹ በዝግታ የሚንቀሳቀሱ ከሆነ፣ ማለትም፣ በትንሽ የኪነቲክ ሃይል፣ ወይ ከሌሎች ሞለኪውሎች ጋር አይጋጩም ወይም ተፅዕኖዎቹ ደካማ ስለሆኑ ምንም አይነት ምላሽ አይፈጥሩም። ሞለኪውሎቹ ከተሳሳተ ወይም ከተሳሳተ አቅጣጫ ጋር ከተጋጩ ተመሳሳይ ይሆናል. ይሁን እንጂ ሞለኪውሎቹ በበቂ ፍጥነት እና በትክክለኛው አቅጣጫ የሚንቀሳቀሱ ከሆነ የተሳካ ግጭት ይፈጠራል። ስለዚህ, በሚጋጭበት ጊዜ የእንቅስቃሴው ጉልበት ከዝቅተኛው ኃይል ይበልጣል, እና ከዚያ ግጭት በኋላ ምላሽ ይከሰታል. ሌላው ቀርቶ የውጭ ምላሾች እንኳን ለመጀመር አነስተኛውን የኃይል መጠን ይፈልጋሉ። ያ ዝቅተኛ የኃይል ፍላጎት፣ ቀደም ብለን እንደገለጽነው፣ የማግበር ሃይል ይባላል።
ስለ ንጥረ ነገሮች አግብር ኃይል የመረጃ እውቀት የአካባቢያችንን እንክብካቤ የመጠበቅ እድልን ያሳያል። በሌላ አነጋገር፣ እንደ ሞለኪውሎች ባህሪያት፣ ኬሚካላዊ ምላሽ ሊፈጠር እንደሚችል ካወቅን፣ ለምሳሌ እሳት ሊያስከትሉ የሚችሉ ድርጊቶችን መፈጸም አልቻልንም። ለምሳሌ ሻማ በላዩ ላይ ቢቀመጥ (የእሳቱ ነበልባል የማንቃት ኃይልን ይሰጣል) መጽሃፍ ሊቃጠል እንደሚችል በማወቅ የሻማው ነበልባል ወደ መጽሃፉ ወረቀት እንዳይዛመት እንጠነቀቅ።
ማነቃቂያዎች እና አግብር ኃይል
አንድ ማነቃቂያ ለተመሳሳይ ዓላማ ጥቅም ላይ ከሚውሉ ሌሎች ዘዴዎች ትንሽ ለየት ባለ መልኩ የምላሽ መጠን ይጨምራል። የአነቃቂው ተግባር የማግበር ኃይልን ዝቅ ማድረግ ነው , ስለዚህም ከፍተኛ መጠን ያለው ቅንጣቶች ምላሽ ለመስጠት በቂ ኃይል አላቸው. ማነቃቂያዎች የማግበር ኃይልን በሁለት መንገዶች ዝቅ ያደርጋሉ፡-
- የግጭት እድላቸው ከፍተኛ እንዲሆን ምላሽ ሰጪ ቅንጣቶችን በማቅናት ወይም የእንቅስቃሴዎቻቸውን ፍጥነት በመቀየር።
- ምርቱን ለመመስረት አነስተኛ ኃይል የሚፈልግ መካከለኛ ንጥረ ነገር ለመመስረት ከሪአክተሮች ጋር ምላሽ መስጠት።
እንደ ፕላቲኒየም፣ መዳብ እና ብረት ያሉ አንዳንድ ብረቶች ለተወሰኑ ምላሾች እንደ ማነቃቂያ ሆነው ሊያገለግሉ ይችላሉ። በሰውነታችን ውስጥ ባዮኬሚካላዊ ምላሽን ለማፋጠን የሚረዱ ባዮሎጂካል ማነቃቂያዎች (ባዮኬቲካልስ) የሆኑ ኢንዛይሞች አሉ። ካታላይስት በአጠቃላይ አንድ ወይም ከበርካታ ምላሽ ሰጪዎች ጋር አንድ መካከለኛ ይመሰርታሉ፣ እሱም ምላሽ ይሰጣል ከዚያም የመጨረሻው ምርት ይሆናል። እንዲህ ዓይነቱ መካከለኛ ንጥረ ነገር ብዙውን ጊዜ “የነቃ ውስብስብ” ተብሎ ይጠራል .
ማነቃቂያን የሚያካትት ምላሽ ምሳሌ
የሚከተለው የንድፈ ሃሳባዊ ምሳሌ ነው ከካታላይስት ጋር የተያያዘ ምላሽ እንዴት እንደሚቀጥል። A እና B ምላሽ ሰጪዎች ናቸው፣ C አነቃቂው ነው፣ እና D በ A እና B መካከል ያለው ምላሽ ውጤት ነው።
የመጀመሪያው እርምጃ (ምላሽ 1) ፡ A+C → AC
ሁለተኛ ደረጃ (ምላሽ 2) ፡ B+AC → ACB
ሶስተኛ ደረጃ (ምላሽ 3) ፡ ACB → C+D
ኤሲቢ የኬሚካል መካከለኛ ማለት ነው። ምንም እንኳን ካታሊስት (ሲ) በምላሽ 1 ውስጥ ቢበላም ፣ በኋላ እንደገና በምላሽ 3 ይለቀቃል ፣ ስለሆነም አጠቃላይ ምላሽ ከካታሊስት ጋር፡- A+B+C → D+C ነው።
ከዚህ በመነሳት ማነቃቂያው በምላሹ መጨረሻ ላይ ይለቀቃል, ሙሉ በሙሉ አልተለወጠም. ማነቃቂያውን ከግምት ውስጥ ሳያስገባ አጠቃላይ ምላሹ ይፃፋል፡- A+B → D
በዚህ ምሳሌ፣ ማነቃቂያው “አማራጭ ምላሽ መንገድ” ብለን ልንጠራቸው የምንችላቸውን የምላሽ እርምጃዎችን አቅርቧል። አነቃቂው ጣልቃ የሚገባበት ይህ መንገድ የማግበሪያ ሃይል አነስተኛ ስለሆነ ፈጣን እና ቀልጣፋ ነው።
የአርሄኒየስ እኩልታ እና የአይሪንግ እኩልታ
የግብረ-መልስ መጠን በሙቀት መጠን እንዴት እንደሚጨምር ለመግለጽ ሁለት እኩልታዎችን መጠቀም ይቻላል። በመጀመሪያ ፣ የአርሄኒየስ እኩልታ የምላሽ መጠኖች በሙቀት ላይ ያለውን ጥገኛነት ይገልጻል። በሌላ በኩል፣ በ1935 በተመራማሪው የቀረበው የEyring equation አለ። የእሱ እኩልነት በሽግግር ሁኔታ ጽንሰ-ሀሳብ ላይ የተመሰረተ እና በምላሽ ፍጥነት እና በሙቀት መካከል ያለውን ግንኙነት ለመግለጽ ጥቅም ላይ ይውላል. እኩልታው፡-
k= ( kB ቲ / ሰ) ኤክስፕ (-ΔG ‡ / RT)።
ነገር ግን፣ የአርሄኒየስ እኩልታ በሙቀት እና በምላሽ መጠን መካከል ያለውን ጥገኝነት phenomenologically ሲያብራራ፣ የEyring እኩልታ ስለ አንድ ምላሽ የመጀመሪያ ደረጃ ደረጃዎችን ያሳውቃል።
በሌላ በኩል ፣ የአርሄኒየስ እኩልታ በጋዝ ደረጃ ውስጥ በኪነቲክ ኢነርጂ ላይ ብቻ ሊተገበር ይችላል ፣ የ Eyring እኩልታ በጋዝ ደረጃ እና በተጨናነቀ እና በተደባለቀ ደረጃዎች (ምንም ተዛማጅነት የሌላቸው ደረጃዎች) ምላሾችን በማጥናት ጠቃሚ ነው። በጋዝ ደረጃ) የግጭት ሞዴል). በተመሳሳይም የ Arrhenius እኩልታ በሙቀት ምልከታ ላይ የተመሰረተው የግብረ-መልስ መጠን በሙቀት መጠን ይጨምራል. በምትኩ የኤይሪንግ እኩልታ በሽግግር ሁኔታ ሞዴል ላይ የተመሰረተ ቲዎሬቲካል ግንባታ ነው።
የሽግግር ግዛት ጽንሰ-ሀሳብ መርሆዎች፡-
- በሽግግር ሁኔታ እና በኃይል ማገጃው አናት ላይ ባለው የሬክተሮች ሁኔታ መካከል ቴርሞዳይናሚክስ ሚዛን አለ።
- የኬሚካላዊ ምላሽ ፍጥነት በከፍተኛ የኃይል ሽግግር ሁኔታ ውስጥ ከሚገኙት የንጥሎች ክምችት ጋር ተመጣጣኝ ነው.
በማግበር ሃይል እና በጊብስ ሃይል መካከል ያለው ግንኙነት
ምንም እንኳን የምላሽ መጠን በ Eyring እኩልዮሽ ውስጥ ቢገለጽም, በዚህ እኩልታ የነቃ ኃይልን ከመጠቀም ይልቅ, የሽግግሩ ሁኔታ የጊብስ ኢነርጂ (ΔG ‡ ) ተካትቷል.
የሚጋጩት ሞለኪውሎች እንቅስቃሴ (ማለትም በቂ ጉልበት እና ትክክለኛ አቅጣጫ ያላቸው) ወደ እምቅ ሃይል ስለሚቀየሩ፣ የነቃው ውስብስብ ሃይል ሁኔታ በአዎንታዊ ሞላር ጊብስ ሃይል ተለይቶ ይታወቃል። የጊብስ ኢነርጂ በመጀመሪያ “የሚገኝ ሃይል” ተብሎ የሚጠራው በ1870 በጆሲያ ዊላርድ ጊብስ ነበር። ይህ ኃይል እንዲሁ ይባላል መደበኛ ነፃ የኃይል ማግበር .
የጊብስ ነፃ ሃይል በማንኛውም ጊዜ የስርዓቱ መነቃቃት ተብሎ ይገለጻል የሙቀት ጊዜዎች የስርዓቱ ኢንትሮፒ ውጤት ሲቀነስ፡
G=H-TS
H enthalpy ነው፣ ቲ የሙቀት መጠኑ እና ኤስ ኢንትሮፒ ነው። የስርአቱን ነፃ ሃይል የሚገልጸው ይህ እኩልታ የአንድ የተወሰነ ምላሽ ኃይል እንደ enthalpy እና entropy አንጻራዊ ጠቀሜታ ለመወሰን ይችላል። አሁን፣ enthalpy እና entropy ቃላቶች ለነጻ ኃይል ምላሽ በሚሰጡት አስተዋፅኦ መካከል ያለው ሚዛን ምላሹ በሚከሰትበት የሙቀት መጠን ላይ የተመሠረተ ነው። የነጻ ኃይልን ለመግለጽ ጥቅም ላይ የሚውለው እኩልታ እንደሚያሳየው የሙቀት መጠኑ ሲጨምር የኢንትሮፒ ቃሉ በጣም አስፈላጊ እንደሚሆን ይጠቁማል ፡ ΔG ° = ΔH° – TΔS°።
ምንጮች
- Brainard, J. (2014). የማንቃት ጉልበት. በ https://www.ck12.org/
- የአርሄኒያ ህግ. (2020) የማግበር ሃይሎች.
- ሚቸል, N. (2018). በAcetonitrile Cosolvent Systems ውስጥ የአይሪንግ ማግበር ኢነርጂ ትንተና የአሴቲክ አንዳይድ ሃይድሮሊሲስ።
