ဓာတုဗေဒ ဘာသာရပ်တွင် အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးများကို တွန်းလှန်ရန် လိုအပ်သော စွမ်းအင် အနည်းဆုံးပမာဏကို ဓာတုအသွင်ပြောင်းခြင်း သို့မဟုတ် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ သယ်ယူပို့ဆောင်မှုကို ထုတ်ပေးနိုင်သည့် အခြေအနေတစ်ခုသို့ လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင် ၊ Ea ဟုခေါ်သည်။ အကူးအပြောင်းအခြေအနေသီအိုရီတွင်၊ လှုပ်ရှားခြင်းစွမ်းအင်သည် အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးများအကြား စွမ်းအင်ပါဝင်မှု ကွာခြားချက်ဖြစ်ပြီး ကနဦးဖွဲ့စည်းမှုတစ်ခုရှိ အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးများအကြား အသွင်ကူးပြောင်းရေးအခြေအနေပုံစံနှင့် အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးများအကြား စွမ်းအင်ပါဝင်မှု ကွာခြားချက်ဖြစ်သည်။ အမြဲတမ်းလိုလို၊ တုံ့ပြန်မှုအခြေအနေသည် ဓာတ်ပြုထုတ်ကုန်များ (ဓာတ်ပြုခြင်း) ထက် မြင့်မားသောစွမ်းအင်အဆင့်တွင် ဖြစ်ပေါ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ activation energy သည် အပြုသဘောဆောင်သောတန်ဖိုး အမြဲရှိသည်။ တုံ့ပြန်မှုသည် စွမ်းအင်ကို စုပ်ယူသည်ဖြစ်စေ ( endergonic သို့မဟုတ်endothermic ) သို့မဟုတ် ၎င်းကို ထုတ်လုပ်သည် ( exergonic သို့မဟုတ် exothermic )။
အသက်သွင်းစွမ်းအင်သည် Ea အတွက် အတိုကောက်ဖြစ်သည်။ Ea ယူနစ်၏ အသုံးအများဆုံးယူနစ်များမှာ မှဲ့တစ်ကီလိုဂျိုးများ (kJ/mol) နှင့် မှဲ့တစ်ခုလျှင် ကီလို ကယ်လိုရီ (kcal/mol) ဖြစ်သည်။
Arrhenius Ea ညီမျှခြင်း
Svante Arrhenius သည် 1889 ခုနှစ်တွင် ဆွီဒင်လူမျိုး သိပ္ပံပညာရှင်တစ်ဦးဖြစ်ပြီး ၎င်း၏အမည်ဖြင့် ညီမျှခြင်းအား တီထွင်ဖန်တီးကာ လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်ရှိကြောင်း သရုပ်ပြခဲ့သည်။ Arrhenius ညီမျှခြင်းသည် အပူချိန်နှင့် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းအကြား ဆက်စပ်မှုကို ဖော်ပြသည်။ ဤဆက်ဆံရေးသည် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းကို တွက်ချက်ရန် မရှိမဖြစ်လိုအပ်ပြီး ယင်းတုံ့ပြန်မှုများအတွက် လိုအပ်သော စွမ်းအင်ပမာဏအားလုံးထက် ပိုများသည်။
Arrhenius ညီမျှခြင်းတွင် K သည် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းကိန်း (တုံ့ပြန်မှုနှုန်း)၊ A သည် မော်လီကျူးများ မည်မျှတိုက်မိလေ့ရှိသည့်အချက်ဖြစ်ပြီး e သည် ကိန်းသေတစ်ခုဖြစ်သည် (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 2.718) ဖြစ်သည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ Ea သည် activation energy ဖြစ်ပြီး R သည် universal gas constant (မှဲ့တစ်ခုလျှင် အပူချိန်တိုးနှုန်း စွမ်းအင်ယူနစ်) ဖြစ်သည်။ နောက်ဆုံးတွင် T သည် ဒီဂရီ Kelvin ဖြင့် တိုင်းတာသော ပကတိအပူချိန်ကို ကိုယ်စားပြုသည်။
ထို့ကြောင့် Arrhenius ညီမျှခြင်းကို k=Ae^(-Ea/RT) အဖြစ် ကိုယ်စားပြုသည်။ သို့ရာတွင်၊ ညီမျှခြင်းများစွာကဲ့သို့ပင် မတူညီသောတန်ဖိုးများကို တွက်ချက်ရန် ပြန်လည်စီစဉ်နိုင်သည်။ သို့သော်၊ အပူချိန်၏လုပ်ဆောင်ချက်တစ်ခုအနေဖြင့်တုံ့ပြန်မှုနှုန်း coefficients ကွဲပြားမှုမှဆုံးဖြတ်နိုင်သောကြောင့် activation energy (Ea) ကိုတွက်ချက်ရန် A ၏တန်ဖိုးကိုသိရန်မလိုအပ်ပါ။
Ea ၏ဓာတုထူးခြားချက်
မော်လီကျူးအားလုံးတွင် စွမ်းအင်အနည်းငယ်ရှိသည်၊ ယင်းသည် အရွေ့စွမ်းအင် သို့မဟုတ် အလားအလာရှိသော စွမ်းအင်ပုံစံဖြင့် ဖြစ်နိုင်သည်။ မော်လီကျူးများ တိုက်မိသောအခါ၊ ၎င်းတို့၏ အရွေ့စွမ်းအင်သည် အနှောင်အဖွဲ့များကို နှောက်ယှက်ကာ ဓာတုဓာတ်ပြုမှု ဖြစ်ပေါ်လာသောအခါတွင် ဖြစ်ပေါ်လာသည့် အရာဖြစ်သည်။
အကယ်၍ မော်လီကျူးများသည် အရွေ့စွမ်းအင်အနည်းငယ်သာရှိသော နှေးကွေးစွာရွေ့လျားပါက၊ ၎င်းတို့သည် အခြားမော်လီကျူးများနှင့် မတိုက်မိစေဘဲ သို့မဟုတ် သက်ရောက်မှုများသည် အားနည်းသောကြောင့် တုံ့ပြန်မှုတစ်စုံတစ်ရာမပြုလုပ်နိုင်ပါ။ မော်လီကျူးများသည် မှားယွင်းသော သို့မဟုတ် မသင့်လျော်သော တိမ်းညွှတ်မှုဖြင့် တိုက်မိပါက အလားတူဖြစ်နိုင်သည်။ သို့သော်လည်း မော်လီကျူးများသည် လုံလောက်သော လျင်မြန်စွာ ရွေ့လျားနေပြီး မှန်ကန်သော လမ်းကြောင်းတွင် ရှိနေပါက၊ အောင်မြင်သော တိုက်မိမှု ဖြစ်ပေါ်လာလိမ့်မည်။ ထို့ကြောင့် တိုက်မိသောအခါ အရွေ့စွမ်းအင်သည် အနိမ့်ဆုံး စွမ်းအင်ထက် ပိုများမည်ဖြစ်ပြီး၊ တိုက်မိပြီးနောက် တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု ဖြစ်ပေါ်လာမည်ဖြစ်သည်။ exothermic တုံ့ပြန်မှုများပင် စတင်ရန် စွမ်းအင်အနည်းငယ်သာ လိုအပ်သည်။ အနိမ့်ဆုံး စွမ်းအင် လိုအပ်ချက်ကို ကျွန်ုပ်တို့ အစောပိုင်းတွင် ရှင်းပြထားပြီးဖြစ်သည့်အတိုင်း activation energy ဟုခေါ်သည်။
အရာဝတ္ထုများ၏ အသက်သွင်းစွမ်းအင်နှင့်ပတ်သက်သည့် ဒေတာအသိပညာဗဟုသုတသည် ကျွန်ုပ်တို့၏ပတ်ဝန်းကျင်ကို ထိန်းကျောင်းနိုင်ခြေကို ဆိုလိုပါသည်။ တစ်နည်းဆိုရသော် မော်လီကျူးများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများပေါ် မူတည်၍ ဓာတုဗေဒ တုံ့ပြန်မှုကို ထုတ်လုပ်နိုင်သည်ဆိုပါက ဥပမာအားဖြင့် မီးလောင်ကျွမ်းစေမည့် လုပ်ဆောင်ချက်များကို ကျွန်ုပ်တို့ မလုပ်ဆောင်နိုင်ပေ။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ဖယောင်းတိုင်ကို ထိပ်မှာတင်ထားရင် စာအုပ်တစ်အုပ် (မီးတောက်က လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်ပေးမယ့်) ဖယောင်းတိုင်မီးတောက်က စာအုပ်စာရွက်ကို မပျံ့ဘူးဆိုတာကို သတိပြုမိပါလိမ့်မယ်။
ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှင့် အသက်သွင်းစွမ်းအင်
ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခုသည် တူညီသောရည်ရွယ်ချက်အတွက်အသုံးပြုသည့် အခြားနည်းလမ်းများထက် အနည်းငယ်ကွဲပြားသောနည်းဖြင့် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းကို တိုးစေသည်။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခု၏ လုပ်ဆောင်ချက်မှာ တက်ကြွမှုစွမ်းအင်ကို လျှော့ချရန်ဖြစ်ပြီး ကြီးမားသော အမှုန်များ၏ အချိုးအစားကို တုံ့ပြန်ရန် လုံလောက်သော စွမ်းအင်ရှိသည်။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်ကို နည်းလမ်းနှစ်မျိုးဖြင့် လျှော့ချနိုင်သည်။
- ဓါတ်ပြုနေသော အမှုန်များကို တည့်မတ်ပေးခြင်းဖြင့် တိုက်မိမှုများ ပိုမိုဖြစ်ပေါ်လာနိုင်စေရန် သို့မဟုတ် ၎င်းတို့၏ ရွေ့လျားမှု အရှိန်ကို ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့်၊
- ထုတ်ကုန်ဖွဲ့စည်းရန် စွမ်းအင်နည်းပါးသော အလယ်အလတ်ဓာတ်တစ်မျိုးကို ဖွဲ့စည်းရန် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများနှင့် တုံ့ပြန်ခြင်း။
ပလက်တီနမ်၊ ကြေးနီနှင့် သံကဲ့သို့ အချို့သောသတ္တုများသည် အချို့သော တုံ့ပြန်မှုများတွင် ဓာတ်ကူပစ္စည်းအဖြစ် လုပ်ဆောင်နိုင်သည်။ ကျွန်ုပ်တို့၏ကိုယ်ခန္ဓာတွင် ဇီဝဓာတုတုံ့ပြန်မှုကို အရှိန်မြှင့်ရန် ကူညီပေးသည့် ဇီဝဓာတ်ကူပစ္စည်း (ဇီဝဓာတ်ကူပစ္စည်း) များရှိသည်။ ယေဘုယျအားဖြင့် ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် အလယ်အလတ်တစ်ခုအဖြစ် ဖွဲ့စည်းရန် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းတစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက်ပိုသော ဓာတ်ပြုမှုများနှင့် တုံ့ပြန်ပြီး နောက်ဆုံးထုတ်ကုန်ဖြစ်လာသည်။ ထိုသို့သော အလယ်အလတ်ပစ္စည်းကို “အသက်သွင်းပြီး ရှုပ်ထွေးမှု” ဟု မကြာခဏ ရည်ညွှန်းသည် ။
ဓာတ်ကူပစ္စည်းပါဝင်သည့် တုံ့ပြန်မှု ဥပမာ
အောက်ဖော်ပြပါသည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းပါ၀င်သည့် တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု မည်သို့လုပ်ဆောင်နိုင်သည်ကို သီအိုရီဆိုင်ရာ ဥပမာတစ်ခုဖြစ်သည်။ A နှင့် B သည် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများဖြစ်ပြီး C သည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းဖြစ်ပြီး D သည် A နှင့် B အကြား တုံ့ပြန်မှု၏ ထုတ်ကုန်ဖြစ်သည်။
ပထမအဆင့် (တုံ့ပြန်မှု 1): A+C → AC
ဒုတိယအဆင့် (တုံ့ပြန်မှု 2): B+AC → ACB
တတိယအဆင့် (တုံ့ပြန်မှု 3): ACB → C+D
ACB သည် Chemical Intermediate ဖြစ်သည် ။ ဓာတ်ကူပစ္စည်း (C) ကို တုံ့ပြန်မှု 1 တွင် စားသုံးသော်လည်း နောက်ပိုင်းတွင် ၎င်းကို တုံ့ပြန်မှု 3 တွင် ထပ်မံထုတ်လွှတ်သည်၊ ထို့ကြောင့် ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခုနှင့် အလုံးစုံ တုံ့ပြန်မှုသည်- A+B+C → D+C ဖြစ်သည်။
ယင်းမှ တုံ့ပြန်မှု၏အဆုံးတွင် ဓာတ်ကူပစ္စည်းသည် လုံးဝပြောင်းလဲသွားခြင်းမရှိပေ။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းမပြုဘဲ၊ အလုံးစုံတုံ့ပြန်မှုကို A+B → D ဟု ရေးသားမည်ဖြစ်သည်။
ဤဥပမာတွင်၊ ဓါတ်ကူပစ္စည်းသည် “အခြားတုံ့ပြန်မှုလမ်းကြောင်း” ဟုခေါ်ဆိုနိုင်သော တုံ့ပြန်မှုအဆင့်အစုံကို ပေးထားသည်။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းဝင်ရောက်စွက်ဖက်သည့် ဤလမ်းကြောင်းသည် တက်ကြွမှုစွမ်းအင်နည်းပါးပြီး ထို့ကြောင့် ပိုမိုမြန်ဆန်ပြီး ပိုမိုထိရောက်သည်။
Arrhenius equation နှင့် Eyring equation
အပူချိန်နှင့် တုံ့ပြန်မှုနှုန်း တိုးလာပုံကို ဖော်ပြရန်အတွက် ညီမျှခြင်းနှစ်ခုကို အသုံးပြုနိုင်သည်။ ပထမအချက်၊ Arrhenius ညီမျှခြင်းသည် အပူချိန်အပေါ် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းအပေါ် မှီခိုမှုကို ဖော်ပြသည်။ တစ်ဖက်တွင်၊ သုတေသီက ၁၉၃၅ ခုနှစ်တွင် အဆိုပြုခဲ့သော Eyring ညီမျှခြင်းလည်း ရှိသေးသည်။ သူ၏ ညီမျှခြင်းသည် အသွင်ကူးပြောင်းရေး အခြေအနေ သီအိုရီကို အခြေခံပြီး တုံ့ပြန်မှုနှုန်းနှင့် အပူချိန်တို့ကြား ဆက်နွယ်မှုကို ဖော်ပြရန် အသုံးပြုသည်။ ညီမျှခြင်းမှာ-
k= ( kB T /h) exp(-ΔG ‡ /RT)။
သို့ရာတွင်၊ Arrhenius ညီမျှခြင်းသည် အပူချိန်နှင့် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းအကြား မှီခိုမှုကို ဖြစ်ရပ်ဆန်းဗေဒအရ ရှင်းပြသော်လည်း Eyring ညီမျှခြင်းသည် တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု၏ အခြေခံအဆင့်တစ်ခုချင်းစီကို အသိပေးသည်။
အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ Arrhenius equation သည် ဓာတ်ငွေ့အဆင့်ရှိ အရွေ့စွမ်းအင်ကိုသာ အသုံးချနိုင်သော်လည်း Eyring equation သည် ဓာတ်ငွေ့အဆင့်တွင်ရော နို့ဆီနှင့် ရောစပ်သောအဆင့်များတွင် တုံ့ပြန်မှုများကို လေ့လာရာတွင် အသုံးဝင်သည် (ဆက်စပ်မှုမရှိသောအဆင့်များ ဓာတ်ငွေ့အဆင့်တွင်)၊ တိုက်မှုပုံစံ)။ အလားတူပင်၊ Arrhenius equation သည် အပူချိန်နှင့် တုံ့ပြန်မှုနှုန်း တိုးလာကြောင်း လက်တွေ့ကျသော လေ့လာတွေ့ရှိချက်အပေါ် အခြေခံထားသည်။ ယင်းအစား Eyring equation သည် transition state model ကိုအခြေခံ၍ သီအိုရီတည်ဆောက်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။
အကူးအပြောင်း နိုင်ငံတော်သီအိုရီ၏ အခြေခံမူများ-
- အကူးအပြောင်းအခြေအနေနှင့် စွမ်းအင်အတားအဆီး၏ထိပ်တွင် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများ၏အခြေအနေကြားတွင် အပူချိန်မျှခြေတစ်ခုရှိသည်။
- ဓာတုတုံ့ပြန်မှုနှုန်းသည် မြင့်မားသောစွမ်းအင်အကူးအပြောင်းအခြေအနေရှိ အမှုန်များ၏အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် အချိုးကျပါသည်။
လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်နှင့် Gibbs စွမ်းအင်ကြား ဆက်စပ်မှု
Eyring equation တွင် တုံ့ပြန်မှုနှုန်းကိုလည်း ဖော်ပြထားသော်လည်း၊ activation energy ကိုအသုံးပြုမည့်အစား ဤညီမျှခြင်းနှင့်အတူ၊ transition state ၏ Gibbs စွမ်းအင် (ΔG ‡ ) ပါဝင်သည်။
တိုက်မိနေသော မော်လီကျူးများ၏ အရွေ့စွမ်းအင် (ဆိုလိုသည်မှာ လုံလောက်သော စွမ်းအင်နှင့် သင့်လျော်သော တိမ်းညွှတ်မှုရှိသော) သည် အလားအလာရှိသော စွမ်းအင်အဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲသွားသောကြောင့်၊ တက်ကြွရှုပ်ထွေးသော အခြေအနေသည် အပြုသဘောဆောင်သော အံပွား Gibbs စွမ်းအင်ဖြင့် လက္ခဏာရပ်ဖြစ်သည်။ မူလက “ရရှိနိုင်သောစွမ်းအင်” ဟုခေါ်သော Gibbs စွမ်းအင်ကို 1870 ခုနှစ်တွင် Josiah Willard Gibbs မှ ရှာဖွေတွေ့ရှိခဲ့သည်။ ဤစွမ်းအင်ကို စံကင်းစင်သော စွမ်းအင် ဟုလည်း ခေါ်သည် ။
စနစ်တစ်ခု၏ မည်သည့်အခိုက်အတန့်မဆို Gibbs အခမဲ့ စွမ်းအင်ကို စနစ်၏ အင်သယ်လ်ပီအဖြစ် သတ်မှတ်သည်-
G=H-TS
H သည် enthalpy၊ T သည် အပူချိန်ဖြစ်ပြီး S သည် အင်ထရိုပီဖြစ်သည်။ စနစ်တစ်ခု၏အခမဲ့စွမ်းအင်ကိုသတ်မှတ်ပေးသည့်ဤညီမျှခြင်းသည် တိကျသောတုံ့ပြန်မှုတစ်ခု၏မောင်းနှင်အားများအဖြစ် enthalpy နှင့် entropy တို့၏ဆက်စပ်အရေးပါမှုကိုအဆုံးအဖြတ်ပေးနိုင်သည်။ ယခုအခါ၊ တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု၏ အခမဲ့စွမ်းအင်အတွက် အင်သယ်လ်ပီနှင့် အင်ထရိုပီတို့၏ ပံ့ပိုးမှုများအကြား ချိန်ခွင်လျှာသည် တုံ့ပြန်မှုဖြစ်ပေါ်သည့် အပူချိန်ပေါ်တွင် မူတည်သည်။ အလကားစွမ်းအင်ကို အဓိပ္ပါယ်ဖွင့်ဆိုရာတွင် အသုံးပြုသည့်ညီမျှခြင်းသည် အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အင်ထရိုပီအခေါ်အဝေါ်သည် ပိုမိုအရေးကြီးလာလိမ့်မည် – ΔG° = ΔH° – TΔS°.
အရင်းအမြစ်များ
- Brainard, J. (2014)။ အသက်သွင်းစွမ်းအင်။ https://www.ck12.org/ တွင်
- Arrhenian ဥပဒေ။ (၂၀၂၀)။ အသက်သွင်းခြင်း စွမ်းအင်များ။
- Mitchell, N. (2018)။ Eyring Activation Energy Analysis of Acetic Anhydride Hydrolysis of Acetonitrile Cosolvent Systems။
