Aktivačná energia je minimálna suma energie potrebné na začatie a reakcie. Je to výška potenciálnej energetickej bariéry medzi potenciálnymi energetickými minimami reaktantov a produktov. Aktivačná energia je označená E a typicky má jednotky kilojoulov na mól (kJ / mol) alebo kiloklorie na mól (kcal / mol). Termín „aktivačná energia“ predstavil švédsky vedec Svante Arrhenius v roku 1889. Arrheniova rovnica súvisí s aktivačnou energiou rýchlosť pri ktorej prebieha chemická reakcia:
k = Ae-Ea / (RT)
kde k je koeficient rýchlosti reakcie, A je frekvenčný faktor reakcie, e je iracionálne číslo (približne rovné 2,718), E je aktivačná energia, R je univerzálna plynová konštanta a T je absolútna teplota (Kelvin).
Z Arrheniovej rovnice je zrejmé, že rýchlosť reakcie sa mení podľa teploty. Normálne to znamená, že chemická reakcia prebieha rýchlejšie pri vyššej teplote. Existuje však niekoľko prípadov „negatívnej aktivačnej energie“, kde rýchlosť reakcie s teplotou klesá.
Prečo je potrebná aktivačná energia?
Ak zmiešate dve chemikálie, medzi molekulami reaktantov sa pri výrobe produktov prirodzene vyskytne iba malý počet zrážok. To platí najmä, ak majú molekuly nízka kinetická energia. Predtým, ako sa môže veľká časť reaktantov premeniť na produkty, musí sa prekonať voľná energia systému. Aktivačná energia vyvoláva reakciu, ktorú je potrebné vynaložiť na ďalší chod. i exotermické reakcie na aktiváciu je potrebná aktivačná energia. Napríklad stoh dreva nezačne horieť sám. Osvetlená zápalka môže poskytnúť aktivačnú energiu na spustenie spaľovania. Akonáhle sa chemická reakcia začne, teplo uvoľnené reakciou poskytuje aktivačnú energiu na premenu väčšieho množstva reaktantu na produkt.
Niekedy chemická reakcia prebieha bez pridávania akejkoľvek ďalšej energie. V tomto prípade je aktivačná energia reakcie obvykle dodávaná teplom z okolitej teploty. Teplo zvyšuje pohyb molekúl reaktantov, zlepšuje ich pravdepodobnosť zrážok a zvyšuje silu zrážok. Kombinácia zvyšuje pravdepodobnosť, že sa väzby medzi reaktantami zlomia, čo umožní tvorbu produktov.
Katalyzátory a aktivačná energia
Látka, ktorá znižuje aktivačnú energiu chemickej reakcie, sa nazýva a katalyzátor. Katalyzátor v zásade pôsobí tak, že upravuje prechodný stav reakcie. Katalyzátory sa nespotrebujú chemickou reakciou a nemenia rovnovážnu konštantu reakcie.
Vzťah medzi aktivačnou energiou a Gibbsovou energiou
Aktivačná energia je výraz v Arrheniovej rovnici, ktorý sa používa na výpočet energie potrebnej na prekonanie prechodného stavu z reaktantov na produkty. Eyringova rovnica je ďalší vzťah, ktorý opisuje rýchlosť reakcie, s výnimkou toho, že namiesto použitia aktivačnej energie obsahuje Gibbsovu energiu prechodného stavu. Gibbsova energia faktorov prechodného stavu ovplyvňuje entalpiu aj entropiu reakcie. Aktivačná energia a Gibbsova energia súvisia, ale nie sú vzájomne zameniteľné.