Ninu kemistri, iye ti o kere julọ ti agbara ti o nilo lati mu awọn ọta tabi awọn ohun elo ṣiṣẹ si ipo kan ninu eyiti iyipada kemikali tabi gbigbe ti ara le ṣe ipilẹṣẹ ni a pe ni agbara imuṣiṣẹ , Ea . Ni imọ-ipinlẹ iyipada, agbara imuṣiṣẹ jẹ iyatọ ninu akoonu agbara laarin awọn ọta tabi awọn moleku ninu ohun ti nṣiṣe lọwọ tabi iṣeto ni ipo iyipada ati awọn ọta tabi awọn molikula ni iṣeto ni ibẹrẹ. O fẹrẹ jẹ nigbagbogbo, ipo iṣesi kan waye ni ipele agbara ti o ga ju awọn ọja ifasilẹ (reactants). Nitorinaa, agbara imuṣiṣẹ nigbagbogbo ni iye to dara. Iye rere yii waye laibikita boya ifaṣe gba agbara ( endergonic tabiendothermic ) tabi gbejade ( exergonic tabi exothermic ).
Agbara imuṣiṣẹ jẹ kukuru fun Ea. Awọn iwọn ti o wọpọ julọ ti awọn ẹya Ea jẹ kilojoules fun mole (kJ/mol) ati awọn kilokalori fun mole (kcal/mol).
Idogba Arrhenius Ea
Svante Arrhenius jẹ onimọ-jinlẹ ara ilu Sweden kan ti o ṣe afihan aye ti agbara imuṣiṣẹ ni ọdun 1889, ni idagbasoke idogba ti o jẹ orukọ rẹ. Idogba Arrhenius ṣe apejuwe ibaraṣepọ laarin iwọn otutu ati oṣuwọn ifaseyin. Ibasepo yii ṣe pataki lati ṣe iṣiro iyara awọn aati kemikali ati, ju gbogbo wọn lọ, iye agbara ti o nilo fun awọn aati wọnyi lati waye.
Ninu idogba Arrhenius, K jẹ olùsọdipúpọ ifaseyin (oṣuwọn ifaseyin), A jẹ ifosiwewe ti iye igba ti awọn ohun alumọni n ṣakojọpọ, ati e jẹ igbagbogbo (o fẹrẹ to 2.718). Ni apa keji, Ea jẹ agbara imuṣiṣẹ ati R jẹ igbagbogbo gaasi gbogbo (awọn ẹya agbara fun ilosoke iwọn otutu fun moolu). Nikẹhin, T duro fun iwọn otutu pipe, ti a wọn ni awọn iwọn Kelvin.
Nitorinaa, idogba Arrhenius jẹ aṣoju bi k= Ae^ (-Ea/RT). Sibẹsibẹ, bii ọpọlọpọ awọn idogba, o le ṣe atunto lati ṣe iṣiro awọn iye oriṣiriṣi. Sibẹsibẹ, ko ṣe pataki lati mọ iye ti A lati ṣe iṣiro agbara imuṣiṣẹ (Ea), nitori eyi le ṣe ipinnu lati iyatọ ti awọn iye iwọn ifasẹyin bi iṣẹ ti iwọn otutu.
Kemikali Pataki ti Ea
Gbogbo awọn moleku ni iwọn kekere ti agbara, eyiti o le wa ni irisi agbara kainetik tabi agbara agbara. Nigbati awọn ohun alumọni ba kọlu, agbara kainetiki wọn le fa idalọwọduro ati paapaa ba awọn iwe ifowopamosi run, eyiti o jẹ ohun ti o ṣẹlẹ nigbati awọn aati kemikali ba waye.
Ti awọn moleku naa ba lọ laiyara, iyẹn ni, pẹlu agbara kainetik diẹ, boya wọn ko kọlu pẹlu awọn ohun elo miiran tabi awọn ipa ko ṣe ipilẹṣẹ eyikeyi iṣe nitori wọn ko lagbara. Bakanna ni o ṣẹlẹ ti awọn moleku ba kọlu pẹlu iṣalaye ti ko tọ tabi ti ko tọ. Bibẹẹkọ, ti awọn moleku naa ba n lọ ni iyara to ati ni iṣalaye ti o tọ, ikọlu aṣeyọri yoo waye. Nitorinaa, agbara kainetik nigbati ikọlu yoo tobi ju agbara ti o kere ju lọ, ati lẹhin ikọlu naa ifa yoo waye. Paapaa awọn aati exothermic nilo iwọn kekere ti agbara lati bẹrẹ. Ibeere agbara ti o kere ju, bi a ti ṣe alaye tẹlẹ, ni a pe ni agbara imuṣiṣẹ.
Imọ ti data nipa agbara imuṣiṣẹ ti awọn nkan tumọ si iṣeeṣe ti abojuto agbegbe wa. Ni awọn ọrọ miiran, ti a ba mọ pe, da lori awọn abuda ti awọn ohun elo, iṣesi kemikali le ṣejade, a ko le ṣe awọn iṣe ti, fun apẹẹrẹ, le fa ina. Fun apẹẹrẹ, mimọ pe iwe kan le mu ina ti o ba gbe abẹla kan si ori rẹ (ti ina rẹ yoo pese agbara imuṣiṣẹ), a yoo ṣọra ki ina abẹla naa ko tan si iwe ti iwe naa.
Awọn ayase ati Muu ṣiṣẹ Agbara
Ayanse kan mu iwọn iṣesi pọ si ni ọna ti o yatọ diẹ si awọn ọna miiran ti a lo fun idi kanna. Awọn iṣẹ ti a ayase ni lati kekere ti awọn ibere ise agbara , ki kan ti o tobi o yẹ ti awon patikulu ni to agbara lati fesi. Awọn ayase le dinku agbara imuṣiṣẹ ni awọn ọna meji:
- Nipa iṣalaye awọn patikulu idahun ki awọn ikọlu le ṣee ṣe diẹ sii, tabi nipa yiyipada iyara awọn gbigbe wọn pada.
- Idahun pẹlu awọn ifaseyin lati dagba nkan agbedemeji ti o nilo agbara diẹ lati ṣe agbekalẹ ọja naa.
Diẹ ninu awọn irin, gẹgẹbi Pilatnomu, bàbà, ati irin, le ṣe bi awọn apaniyan ni awọn aati kan. Ninu ara tiwa ni awọn enzymu wa ti o jẹ awọn olutọpa ti ibi (biocatalysts) ti o ṣe iranlọwọ fun awọn aati biokemika ni iyara. Awọn ayase ni gbogbogbo fesi pẹlu ọkan tabi diẹ ẹ sii ti awọn ifaseyin lati ṣe agbedemeji, eyiti lẹhinna fesi lati di ọja ikẹhin. Iru nkan agbedemeji ni igbagbogbo tọka si bi “eka ti a mu ṣiṣẹ . ”
Apẹẹrẹ ti iṣesi kan ti o kan ayase
Atẹle jẹ apẹẹrẹ imọ-jinlẹ ti bii iṣesi kan ti o kan ayase le tẹsiwaju. A ati B jẹ awọn oludasiṣẹ, C jẹ ayase, ati D jẹ ọja ti iṣesi laarin A ati B.
Igbesẹ akọkọ (ifesi 1): A+C → AC
Igbesẹ keji (iṣe 2): B+AC → ACB
Igbesẹ kẹta (ifesi 3): ACB → C+D
ACB duro fun Kemikali Intermediate. Botilẹjẹpe a jẹ ayase (C) ni iṣesi 1, lẹhinna o tun tu silẹ lẹẹkansi ni ifapa 3, nitorinaa iṣesi gbogbogbo pẹlu ayase jẹ: A+B+C → D+C
Lati eyi o tẹle pe ayase naa ti tu silẹ ni ipari ti iṣesi, ko yipada patapata. Laisi gbigbe ohun ayase sinu akọọlẹ, iṣesi gbogbogbo yoo kọ: A+B → D
Ni apẹẹrẹ yii, ayase naa ti pese eto awọn igbesẹ ifasẹyin ti a le pe ni “ọna ifapada yiyan.” Ọna yii ninu eyiti ayase laja nilo agbara imuṣiṣẹ diẹ ati nitorinaa yiyara ati daradara siwaju sii.
Idogba Arrhenius ati idogba Eyring
Awọn idogba meji le ṣee lo lati ṣe apejuwe bi oṣuwọn awọn aati ṣe pọ si pẹlu iwọn otutu. Ni akọkọ, idogba Arrhenius ṣe apejuwe igbẹkẹle ti awọn oṣuwọn ifaseyin lori iwọn otutu. Ni ida keji, idogba Eyring wa, ti a dabaa nipasẹ oluwadii ni 1935; Idogba rẹ da lori imọ-ipinlẹ iyipada ati pe a lo lati ṣe apejuwe ibatan laarin oṣuwọn ifaseyin ati iwọn otutu. Idogba ni:
k= ( kB T / h) exp (-ΔG ‡ / RT).
Bibẹẹkọ, lakoko ti idogba Arrhenius ṣe alaye igbẹkẹle laarin iwọn otutu ati oṣuwọn ifaseyin ni iyalẹnu, idogba Eyring sọ nipa awọn igbesẹ alakọbẹrẹ kọọkan ti iṣesi kan.
Ni apa keji, idogba Arrhenius le ṣee lo nikan si agbara kainetik ni ipele gaasi, lakoko ti idogba Eyring wulo ninu iwadi ti awọn aati mejeeji ni ipele gaasi ati ni awọn ipele ti di ati idapọ (awọn ipele ti ko ni ibaramu. ni ipele gaasi) awoṣe ijamba). Bakanna, idogba Arrhenius da lori akiyesi ti o daju pe iwọn awọn aati pọ si pẹlu iwọn otutu. Dipo idogba Eyring jẹ ikole imọ-jinlẹ ti o da lori awoṣe ipinlẹ iyipada.
Awọn ilana ti imọ-ipinlẹ iyipada:
- Iwontunwọnsi thermodynamic wa laarin ipo iyipada ati ipo awọn oludasiṣẹ ni oke idena agbara.
- Oṣuwọn ifaseyin kemikali jẹ ibamu si ifọkansi ti awọn patikulu ni ipo iyipada agbara giga.
Ibasepo laarin agbara imuṣiṣẹ ati agbara Gibbs
Botilẹjẹpe a tun ṣe apejuwe oṣuwọn ifasilẹ ninu idogba Eyring, pẹlu idogba yii dipo lilo agbara imuṣiṣẹ, agbara Gibbs (ΔG ‡ ) ti ipo iyipada wa pẹlu.
Niwọn bi agbara kainetik ti awọn moleku ikọlura (ie awọn ti o ni agbara to ati iṣalaye to dara) ti yipada si agbara ti o pọju, ipo agbara ti eka ti a mu ṣiṣẹ jẹ ifihan nipasẹ agbara molar Gibbs rere. Agbara Gibbs, ni akọkọ ti a pe ni “agbara ti o wa,” ni a ṣe awari ni ọdun 1870 nipasẹ Josiah Willard Gibbs. Agbara yii ni a tun pe ni boṣewa agbara ọfẹ ti imuṣiṣẹ .
Agbara ọfẹ Gibbs ti eto ni eyikeyi akoko jẹ asọye bi itara ti eto iyokuro ọja ti awọn akoko iwọn otutu ni entropy ti eto naa:
G=H-TS.
H jẹ enthalpy, T ni iwọn otutu, ati S ni entropy. Idogba yii ti o ṣalaye agbara ọfẹ ti eto kan ni agbara lati pinnu pataki ibatan ti enthalpy ati entropy bi awọn ipa awakọ ti iṣesi kan pato. Ni bayi, iwọntunwọnsi laarin awọn ifunni ti enthalpy ati awọn ofin entropy si agbara ọfẹ ti iṣe da lori iwọn otutu ti iṣesi naa waye. Idogba ti a lo lati ṣalaye agbara ọfẹ ni imọran pe ọrọ entropy yoo di pataki diẹ sii bi iwọn otutu ṣe pọ si : ΔG ° = ΔH ° – TΔS°.
Awọn orisun
- Brainard, J. (2014). Agbara imuṣiṣẹ. Lori https://www.ck12.org/
- Arrhenian ofin. (2020). Awọn agbara imuṣiṣẹ.
- Mitchell, N. (2018). Itupalẹ Agbara Imuṣiṣẹ Eyring ti Acetic Anhydride Hydrolysis ni Awọn Eto Iṣọkan Acetonitrile.
