په کیمیا کې، د اتومونو یا مالیکولونو د فعالولو لپاره لږ تر لږه انرژي ته اړتیا ده په کوم حالت کې چې کیمیاوي بدلون یا فزیکي ټرانسپورټ تولید کیدی شي د فعالولو انرژي ، Ea په نوم یادیږي. د انتقالي حالت په تیوري کې، فعاله انرژي د فعال یا انتقالي حالت په ترتیب کې د اتومونو یا مالیکولونو او په ابتدايي ترتیب کې د اتومونو یا مالیکولونو ترمنځ د انرژي محتوياتو توپیر دی. تقریبا تل، د عکس العمل حالت د عکس العمل محصولاتو (د عکس العملونو) په پرتله د انرژي په لوړه کچه واقع کیږي. له همدې امله، د فعالولو انرژي تل مثبت ارزښت لري. دا مثبت ارزښت پرته له دې چې عکس العمل انرژي جذبوي ( انډرګونک یاEndothermic ) یا دا تولیدوي ( exergonic یا exothermic ).
د فعالولو انرژي د Ea لپاره لنډه ده. د Ea واحدونو تر ټولو عام واحدونه په هر مول (kJ/mol) کې کلوجول او په هر مول کې کلوکالوري (kcal/mol) دي.
د ارینیوس ای مساوات
Svante Arrhenius یو سویډنی ساینس پوه و چې په 1889 کې یې د فعالې انرژۍ شتون وښوده، د هغه معادلې ته وده ورکړه چې د هغه نوم لري. د ارینیوس معادله د تودوخې او عکس العمل نرخ ترمینځ اړیکه تشریح کوي. دا اړیکه اړینه ده چې د کیمیاوي تعاملاتو سرعت محاسبه کړي او له هرڅه پورته، د دې عکس العملونو ترسره کولو لپاره د اړتیا وړ انرژي اندازه.
د ارینیوس معادلې کې، K د عکس العمل اندازه ده (د عکس العمل کچه)، A هغه فاکتور دی چې څو ځله مالیکولونه ټکر کوي، او e یو ثابت دی (تقریبا د 2.718 سره مساوي). له بلې خوا، Ea د فعالولو انرژی دی او R د نړیوال ګاز ثابت دی (د انرژي واحدونه د حرارت درجه په هر متر کې زیاتوالی). په پای کې، T د مطلق تودوخې استازیتوب کوي، د کیلوین درجې کې اندازه کیږي.
په دې توګه، د ارینیوس معادل د k = Ae^(-Ea/RT) په توګه ښودل کیږي. په هرصورت، د ډیری معادلو په څیر، دا د مختلف ارزښتونو محاسبه کولو لپاره بیا تنظیم کیدی شي. په هرصورت، دا اړینه نده چې د A ارزښت د فعالولو انرژي (Ea) محاسبه کولو لپاره وپیژني، ځکه چې دا د تودوخې د فعالیت په توګه د عکس العمل نرخ کوفیفینټ له توپیر څخه ټاکل کیدی شي.
د Ea کیمیاوي اهمیت
ټول مالیکولونه لږ مقدار انرژي لري، کوم چې کیدای شي د متحرک انرژي یا احتمالي انرژي په بڼه وي. کله چې مالیکولونه ټکر کوي، د دوی متحرک انرژي کولی شي ګډوډ کړي او حتی بانډونه ویجاړ کړي، دا هغه څه دي کله چې کیمیاوي تعاملات ترسره کیږي.
که چیرې مالیکولونه ورو حرکت وکړي، یعنې د لږ متحرک انرژي سره، یا دوی د نورو مالیکولونو سره ټکر نه کوي یا اغیزې هیڅ عکس العمل نه رامینځته کوي ځکه چې دوی ضعیف دي. همداسې پیښیږي که مالیکولونه د غلط یا ناسم لوري سره ټکر وکړي. که څه هم، که مالیکولونه په کافي اندازه ګړندي حرکت وکړي او په سم لوري کې وي، یو بریالی ټکر به واقع شي. په دې توګه، د ټکر کولو په وخت کې متحرک انرژی به د لږ تر لږه انرژی څخه ډیر وي، او د دې ټکر وروسته به یو غبرګون واقع شي. حتی exothermic تعاملات د پیل کولو لپاره لږترلږه انرژي ته اړتیا لري. د انرژي لږترلږه اړتیا، لکه څنګه چې موږ مخکې تشریح کړې، د فعالولو انرژي بلل کیږي.
د موادو د فعالولو انرژی په اړه د معلوماتو پوهه زموږ د چاپیریال د ساتلو امکان په ګوته کوي. په بل عبارت، که موږ پوهیږو چې د مالیکولونو ځانګړتیاوو پورې اړه لري، کیمیاوي تعامل تولید کیدی شي، موږ نشو کولی هغه عمل ترسره کړو چې د مثال په توګه، د اور لامل کیدی شي. د مثال په توګه، په دې پوهیدل چې یو کتاب کولی شي اور ونیسي که چیرې یو شمع د هغې په سر کې کیښودل شي (د هغه لمبه به د فعالولو انرژي چمتو کړي)، موږ به په پام کې ونیسو چې د شمعې لمبه د کتاب کاغذ ته خپره نشي.
کتلستونه او د فعالولو انرژي
یو کتلست د عکس العمل کچه په یو څه توپیر سره لوړوي د ورته هدف لپاره کارول شوي نورو میتودونو په پرتله. د کتلست دنده دا ده چې د فعالولو انرژي ټیټه کړي ، ترڅو د ذراتو لویه برخه د عکس العمل لپاره کافي انرژي ولري. کتلست کولی شي د فعالولو انرژي په دوه لارو کمه کړي:
- د عکس العمل د ذراتو په لور د دې لپاره چې د ټکر احتمال ډیر وي، یا د دوی د حرکت سرعت بدلولو سره.
- د تعامل کونکو سره عکس العمل د مینځنۍ مادې رامینځته کولو لپاره چې د محصول رامینځته کولو لپاره لږ انرژي ته اړتیا لري.
ځینې فلزات لکه پلاټینیم، مسو او اوسپنه کولی شي په ځینو تعاملاتو کې د کتلست په توګه عمل وکړي. زموږ په خپل بدن کې داسې انزایمونه شتون لري چې بیولوژیکي کتلستونه (biocatalysts) دي چې د بیولوژیکي تعاملاتو په چټکتیا کې مرسته کوي. کتلستونه عموما د یو یا ډیرو تعامل کونکو سره عکس العمل کوي ترڅو یو منځګړیتوب رامینځته کړي، چې بیا وروسته د وروستي محصول په توګه غبرګون کوي. دا ډول منځمهاله ماده اکثرا د “فعال پیچلي” په نوم یادیږي .
د عکس العمل بیلګه چې کتلست پکې شامل وي
لاندې یو نظري مثال دی چې څنګه یو عکس العمل چې کتلست پکې شامل وي پرمخ ځي. A او B تعامل کونکي دي، C کتلست دی، او D د A او B ترمنځ د غبرګون محصول دی.
لومړی ګام (عمل 1): A+C → AC
دوهم ګام (2 غبرګون): B+AC → ACB
دریم ګام (3 غبرګون): ACB → C+D
ACB د کیمیاوي منځګړیتوب لپاره ولاړ دی. که څه هم کتلست (C) په 1 غبرګون کې مصرف کیږي، دا وروسته بیا په 3 غبرګون کې خوشې کیږي، نو د کتلست سره ټولیز غبرګون دا دی: A+B+C → D+C
له دې څخه دا تعقیب کیږي چې کتلست د عکس العمل په پای کې خوشې کیږي، په بشپړ ډول بدل شوی. د کتلست په پام کې نیولو پرته، ټول غبرګون به لیکل کیږي: A+B → D
په دې مثال کې، کتلست د عکس العمل ګامونو یوه مجموعه چمتو کړې چې موږ کولی شو “د غبرګون بدیل لاره” ووایو. دا لاره په کوم کې چې کتلست مداخله کوي لږ فعاله انرژي ته اړتیا لري او له همدې امله ګړندی او ډیر موثر دی.
د ارینیوس مساوات او د سترګو معادلې
دوه معادلې د دې لپاره کارول کیدی شي چې د عکس العمل کچه څنګه د تودوخې سره لوړیږي. لومړی، د ارینیوس معادل د تودوخې په اړه د غبرګون نرخونو انحصار بیانوي. له بلې خوا، د ایرینګ مساوات شتون لري، چې په 1935 کې د څیړونکي لخوا وړاندیز شوی؛ د هغه مساوات د لیږد حالت تیورۍ پر بنسټ والړ دی او د عکس العمل د اندازې او تودوخې ترمنځ د اړیکو تشریح کولو لپاره کارول کیږي. مساوات دا دی:
k= ( kB T /h) exp(-ΔG ‡ /RT).
په هرصورت، پداسې حال کې چې د ارینیوس معادلې د تودوخې او د عکس العمل اندازې تر مینځ انحصار په پدیده کې تشریح کوي، د ایرینګ مساوات د عکس العمل انفرادي لومړني مرحلو په اړه خبر ورکوي.
له بلې خوا، د ارینیوس معادل یوازې د ګازو په مرحله کې د متحرک انرژی لپاره کارول کیدی شي، پداسې حال کې چې د ایرینګ معادل د ګازو په مرحله کې او په کنډنډ شوي او مخلوط پړاوونو کې د عکس العملونو په مطالعه کې ګټور دي) هغه مرحلې چې هیڅ تړاو نلري. د ګاز په مرحله کې) د ټکر ماډل). په ورته ډول، د ارینیوس معادل د تجربوي مشاهدې پراساس دی چې د عکس العمل کچه د تودوخې سره لوړیږي. پرځای یې د ایرینګ مساوات د لیږد حالت ماډل پراساس نظري جوړښت دی.
د انتقالي دولت تیوري اصول:
- د انتقالي حالت او د انرژی د خنډ په سر کې د تعاملاتو د حالت تر منځ د تودوډینیک انډول شتون لري.
- د کیمیاوي تعامل کچه د لوړ انرژي لیږد حالت کې د ذراتو غلظت سره متناسب ده.
د فعالولو انرژی او ګیبس انرژی ترمنځ اړیکه
که څه هم د عکس العمل کچه د ایرینګ مساوات کې هم بیان شوې، د دې معادلې سره د فعال کولو انرژی کارولو پرځای، د لیږد حالت د ګیبس انرژی (ΔG ‡ ) شامل دی.
څرنګه چې د ټکر شوي مالیکولونو متحرک انرژي (د بیلګې په توګه هغه چې کافي انرژي او مناسب اړخ لري) په احتمالي انرژي بدلیږي ، د فعال شوي کمپلیکس انرژي حالت د مثبت مولر ګیبس انرژي لخوا مشخص کیږي. د ګیبس انرژي، په اصل کې د “موجود انرژي” په نوم یادیږي، په 1870 کې د جوسیا ویلارډ ګیبس لخوا کشف شوه. دې انرژي ته د فعالولو معیاري وړیا انرژي هم ویل کیږي .
په هر وخت کې د سیسټم د ګیبس وړیا انرژي د سیسټم د انتالپي په توګه تعریف شوې د سیسټم د انټروپي وخت د تودوخې محصول منفي:
G=H-TS.
H د انتالپي دی، T د تودوخې درجه ده، او S انټروپي ده. دا معادل چې د سیسټم وړیا انرژي تعریفوي د دې وړتیا لري چې د ځانګړي عکس العمل د چلولو ځواک په توګه د انتالپي او انټروپي نسبي اهمیت وټاکي. اوس، د عکس العمل وړیا انرژي ته د انتالپي او انټروپي شرایطو د ونډې تر مینځ توازن د تودوخې پورې اړه لري په کوم کې چې عکس العمل ترسره کیږي. هغه معادل چې د وړیا انرژي تعریف کولو لپاره کارول کیږي وړاندیز کوي چې د انټروپي اصطالح به د تودوخې لوړیدو سره ډیر مهم شي : ΔG° = ΔH° – TΔS°.
سرچینې
- Brainard, J. (2014). د فعالولو انرژي. په https://www.ck12.org/
- د ارینینیا قانون. (۲۰۲۰). د فعالولو انرژی.
- مچل، N. (2018). په Acetonitrile Cosolvent Systems کې د Acetic Anhydride Hydrolysis د سترګو د فعالولو انرژي تحلیل.
