Aktyvinimo energija yra energijos kiekis, kurį reikia pateikti, kad vyktų cheminė reakcija. Žemiau pateikta pavyzdinė problema parodo, kaip nustatyti reakcijos aktyvacijos energiją iš reakcijos greičio konstantų skirtingose temperatūrose.
Aktyvinimo energijos problema
Pastebėta antros eilės reakcija. reakcijos greitis esant 3 laipsnių Celsijaui, konstanta buvo 8,9 x 10-3 L / mol ir 7,1 x 10-2 L / mol esant 35 laipsniams Celsijaus. Kokia šios reakcijos suaktyvinimo energija?
Sprendimas
aktyvacijos energija galima nustatyti naudojant lygtį:
ln (k2/ k1) = Ea/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
kur
Ea = reakcijos aktyvavimo energija J / mol
R = idealioji dujų konstanta = 8,3145 J / K · mol
T1 ir t2 = absoliuti temperatūra (kelvinuose)
k1 ir k2 = reakcijos greičio konstantos, esant T1 ir t2
1 žingsnis: Konvertuokite temperatūrą iš Celsijaus į Kelvinas
T = Celsijaus laipsniai + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvinas
2 žingsnis - Rasti Ea
ln (k2/ k1) = Ea/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10
ln (7,98) = Ea/ 8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2.077 = Ea(4,52 x 10-5 mol / J)
Ea = 4,59 x 104 J / mol
arba kJ / mol, (padalinti iš 1000)
Ea = 45,9 kJ / mol
Atsakymas: Šios reakcijos aktyvacijos energija yra 4,59 x 104 J / mol arba 45,9 kJ / mol.
Kaip naudoti diagramą suaktyvinimo energijai gauti
Kitas būdas apskaičiuoti reakcijos suaktyvinimo energiją yra grafikas ln k (greičio konstanta), palyginti su 1 / T (atvirkštinė temperatūra kelvinuose). Sklypas sudarys tiesę, išreikštą lygtimi:
m = - Ea/ R
kur m yra linijos nuolydis, Ea yra aktyvacijos energija, o R yra idealioji dujų konstanta - 8,314 J / mol-K. Jei matavote temperatūrą pagal Celsijų arba pagal Fahrenheitą, nepamirškite konvertuoti jų į Kelviną prieš apskaičiuodami 1 / T ir nubraižydami grafiką.
Jei turėtumėte sudaryti reakcijos energijos ir reakcijos koordinatės diagramą, skirtumas tarp reagentai ir produktai būtų ΔH, o energijos perteklius (kreivės dalis aukščiau produktų) būtų aktyvacija energija.
Atminkite, kad nors dauguma reakcijos greičių didėja esant temperatūrai, yra atvejų, kai reakcijos greitis mažėja esant temperatūrai. Šios reakcijos turi neigiamą aktyvacijos energiją. Taigi, nors jūs turėtumėte tikėtis, kad aktyvacijos energija bus teigiamas skaičius, žinokite, kad ji gali būti ir neigiama.
Kas atrado aktyvacijos energiją?
Švedų mokslininkas Svante Arrhenius 1880 m. pasiūlė terminą „aktyvacijos energija“, kad apibrėžtų minimalią energiją, reikalingą cheminių reagentų rinkiniui sąveikauti ir formuoti produktus. Diagramoje aktyvacijos energija nubraižyta kaip energijos barjero aukštis tarp dviejų mažiausių potencialios energijos taškų. Minimalūs taškai yra stabilių reagentų ir produktų energija.
Net ir egzoterminėms reakcijoms, tokioms kaip žvakės deginimas, reikia energijos. Degimo atveju apšviestos rungtynės ar didelis karštis pradeda reakciją. Iš ten reakcijos metu išsiskyrusi šiluma tiekia energiją, kad ji save išlaikytų.