Nan chimi, kantite minimòm enèji ki nesesè pou aktive atòm oswa molekil nan yon kondisyon kote yo ka pwodwi yon transfòmasyon chimik oswa transpò fizik yo rele enèji aktivasyon , Ea . Nan teyori eta tranzisyon, enèji aktivasyon se diferans ki genyen nan kontni enèji ant atòm oswa molekil nan yon konfigirasyon eta aktif oswa tranzisyon ak atòm oswa molekil nan yon konfigirasyon inisyal. Prèske toujou, eta a nan yon reyaksyon rive nan yon nivo enèji ki pi wo pase pwodwi yo reyaji (reyaktif). Se poutèt sa, enèji aktivasyon an toujou gen yon valè pozitif. Valè pozitif sa a rive kèlkeswa si reyaksyon an absòbe enèji ( endergonik oswaandotèmik ) oswa pwodui li ( ègzotèmik oswa ègzotèmik ).
Enèji aktivasyon se kout pou Ea. Inite ki pi komen nan Ea inite yo se kilojoules pou chak mòl (kJ/mol) ak kilokalori pou chak mòl (kcal/mol).
Arrhenius Ea Ekwasyon an
Svante Arrhenius se te yon syantis Swedish ki an 1889 demontre egzistans enèji deklanchman, devlope ekwasyon ki pote non li. Ekwasyon Arrhenius la dekri korelasyon ant tanperati ak vitès reyaksyon an. Relasyon sa a esansyèl pou kalkile vitès reyaksyon chimik yo ak, sitou, kantite enèji ki nesesè pou reyaksyon sa yo rive.
Nan ekwasyon Arrhenius la, K se koyefisyan vitès reyaksyon (pousantaj reyaksyon), A se faktè ki montre konbyen fwa molekil yo fè kolizyon, epi e se yon konstan (apeprè egal a 2.718). Nan lòt men an, Ea se enèji aktivasyon an ak R se konstan gaz inivèsèl (inite enèji pou chak ogmantasyon tanperati pou chak mòl). Finalman, T reprezante tanperati absoli, ki mezire an degre Kelvin.
Kidonk, ekwasyon Arrhenius la reprezante kòm k= Ae^(-Ea/RT). Sepandan, tankou anpil ekwasyon, li ka rearanje pou kalkile valè diferan. Sepandan, li pa nesesè pou konnen valè A pou kalkile enèji deklanchman (Ea), paske sa ka detèmine nan varyasyon koyefisyan vitès reyaksyon an kòm yon fonksyon tanperati.
Siyifikasyon chimik nan Ea
Tout molekil gen yon ti kantite enèji, ki ka nan fòm enèji sinetik oswa enèji potansyèl. Lè molekil fè kolizyon, enèji sinetik yo ka deranje e menm detwi lyezon yo, ki se sa k ap pase lè reyaksyon chimik yo pran plas.
Si molekil yo deplase dousman, sa vle di ak ti enèji sinetik, swa yo pa fè kolizyon ak lòt molekil oswa enpak yo pa jenere okenn reyaksyon paske yo fèb. Menm bagay la tou rive si molekil yo fè kolizyon ak oryantasyon an move oswa move. Sepandan, si molekil yo ap deplase ase vit ak nan bon oryantasyon, yon kolizyon siksè pral rive. Kidonk, enèji sinetik la lè kolizyon an pral pi gran pase enèji minimòm lan, epi apre kolizyon sa a pral gen yon reyaksyon. Menm reyaksyon èzotèmik mande pou yon minimòm enèji pou kòmanse. Kondisyon minimòm enèji sa a, jan nou te eksplike anvan, yo rele enèji aktivasyon.
Konesans nan done sou enèji deklanchman sibstans ki sou yo implique posiblite pou pran swen anviwònman nou an. Nan lòt mo, si nou konnen ke, depann sou karakteristik yo nan molekil yo, yon reyaksyon chimik ka pwodui, nou pa t ‘kapab fè aksyon ki, pou egzanp, ta ka lakòz yon dife. Pou egzanp, konnen ke yon liv ka pran dife si yo mete yon chandèl sou tèt li (ki gen flanm dife ta bay enèji nan aktivasyon), nou pral fè atansyon ke flanm dife a bouji pa gaye nan papye a nan liv la.
Katalis ak Enèji Aktivasyon
Yon katalis ogmante vitès reyaksyon an nan yon fason yon ti kras diferan pase lòt metòd yo itilize pou menm objektif la. Fonksyon yon katalis se bese enèji aktivasyon an , pou yon pi gwo pwopòsyon patikil gen ase enèji pou reyaji. Katalis yo ka diminye enèji deklanchman nan de fason:
- Lè w oryante patikil ki reyaji yo pou kolizyon yo gen plis chans rive, oswa lè w chanje vitès mouvman yo.
- Reyaji ak reyaktif yo pou fòme yon sibstans entèmedyè ki mande mwens enèji pou fòme pwodwi a.
Gen kèk metal, tankou platinum, kwiv, ak fè, ki ka aji kòm katalis nan sèten reyaksyon. Nan pwòp kò nou gen anzim ki se katalis byolojik (biocatalysteurs) ki ede pi vit reyaksyon byochimik. Catalyseurs jeneralman reyaji ak youn oubyen plizyè réactifs pou fòme yon entèmedyè, ki lè sa a reyaji pou vin pwodwi final la. Yon sibstans entèmedyè sa yo souvan refere yo kòm yon “konplèks aktive . “
Egzanp yon reyaksyon ki enplike yon katalis
Sa ki anba la a se yon egzanp teyorik sou fason yon reyaksyon ki enplike yon katalis ka kontinye. A ak B se reyaktif, C se katalis la, ak D se pwodwi reyaksyon ant A ak B.
Premye etap (reaksyon 1): A+C → AC
Dezyèm etap (reaksyon 2): B+AC → ACB
Twazyèm etap (reaksyon 3): ACB → C+D
ACB la vle di Entèmedyè chimik. Malgre ke katalis (C) konsome nan reyaksyon 1, li pita lage ankò nan reyaksyon 3, kidonk reyaksyon an jeneral ak yon katalis se: A + B + C → D + C.
Soti nan sa a li swiv ke katalis la lage nan fen reyaksyon an, konplètman chanje. San yo pa pran katalis la an kont, reyaksyon an jeneral ta dwe ekri: A+B → D
Nan egzanp sa a, katalis la te bay yon seri etap reyaksyon ke nou ka rele “chemin reyaksyon altènatif.” Chemen sa a kote katalis la entèvni mande mwens enèji deklanchman epi se poutèt sa pi vit ak pi efikas.
Ekwasyon Arrhenius ak ekwasyon Eyring
Ou ka itilize de ekwasyon pou dekri kijan vitès reyaksyon an ap ogmante ak tanperati. Premyèman, ekwasyon Arrhenius la dekri depandans pousantaj reyaksyon sou tanperati a. Nan lòt men an, gen ekwasyon an Eyring, pwopoze pa di chèchè an 1935; ekwasyon li a baze sou teyori eta tranzisyon epi li itilize pou dekri relasyon ki genyen ant vitès reyaksyon ak tanperati. Ekwasyon an se:
k= ( kB T /h) eksp(-ΔG ‡ /RT).
Sepandan, pandan ekwasyon Arrhenius la eksplike depandans ant tanperati ak to reyaksyon fenomennolojikman, ekwasyon Eyring enfòme sou etap elemantè endividyèl yon reyaksyon.
Nan lòt men an, ekwasyon Arrhenius la ka aplike sèlman nan enèji sinetik la nan faz gaz la, pandan y ap ekwasyon Eyring la itil nan etid reyaksyon tou de nan faz gaz la ak nan faz kondanse ak melanje (faz ki pa gen okenn enpòtans). nan faz gaz la). modèl kolizyon an). Menm jan an tou, ekwasyon Arrhenius la baze sou obsèvasyon anpirik ke pousantaj reyaksyon an ogmante ak tanperati. Olye de sa, ekwasyon an Eyring se yon konstriksyon teyorik ki baze sou modèl eta tranzisyon an.
Prensip teyori eta tranzisyon an:
- Gen yon ekilib tèmodinamik ant eta tranzisyon an ak eta reyaktif yo nan tèt baryè enèji a.
- Pousantaj reyaksyon chimik la pwopòsyonèl ak konsantrasyon patikil yo nan eta tranzisyon enèji segondè.
Relasyon ant enèji aktivasyon ak enèji Gibbs
Malgre ke pousantaj reyaksyon an dekri tou nan ekwasyon Eyring, ak ekwasyon sa a olye pou yo itilize enèji aktivasyon an, enèji Gibbs (ΔG ‡ ) nan eta tranzisyon an enkli.
Depi enèji sinetik molekil kolizyon yo (sa vle di moun ki gen ase enèji ak bon oryantasyon) transfòme an enèji potansyèl, eta enèjik konplèks aktive a karakterize pa yon enèji Gibbs molè pozitif. Enèji Gibbs, ki te rele orijinèlman “enèji ki disponib,” te dekouvri an 1870 pa Josiah Willard Gibbs. Enèji sa a rele tou estanda enèji gratis aktivasyon an .
Enèji gratis Gibbs nan yon sistèm nan nenpòt moman defini kòm entalpi sistèm nan mwens pwodwi tanperati a fwa entropi sistèm nan:
G=H-TS.
H se entalpi a, T se tanperati a, ak S se entropi a. Ekwasyon sa a ki defini enèji gratis yon sistèm kapab detèmine enpòtans relatif entalpi ak entropi kòm fòs kondwi yon reyaksyon espesifik. Kounye a, balans ki genyen ant kontribisyon tèm entalpi ak entropi nan enèji gratis yon reyaksyon depann de tanperati reyaksyon an fèt. Ekwasyon ki itilize pou defini enèji lib sijere tèm entropi a ap vin pi enpòtan lè tanperati a ap ogmante : ΔG° = ΔH° – TΔS°.
Sous
- Brainard, J. (2014). Aktivasyon enèji. Nan https://www.ck12.org/
- Lalwa Arrhenian. (2020). Enèji aktivasyon.
- Mitchell, N. (2018). Eyring Aktivasyon Enèji Analiz de idwoliz Anhydride Acetic nan Acetonitrile Cosolvent Systems.
