Aktivačná energia je množstvo energie, ktoré je potrebné dodať, aby mohla pokračovať chemická reakcia. Príklad problému uvedený nižšie ukazuje, ako určiť aktivačnú energiu reakcie z reakčných rýchlostných konštánt pri rôznych teplotách.
Aktivácia energetického problému
Bola pozorovaná reakcia druhého poriadku. rýchlosť reakcie konštanta pri troch stupňoch Celzia bola zistená ako 8,9 x 10-3 L / mol a 7,1 x 10-2 L / mol pri 35 ° C. Aká je aktivačná energia tejto reakcie?
Riešenie
aktivačná energia možno určiť pomocou rovnice:
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
kde
E = aktivačná energia reakcie v J / mol
R = ideálna plynová konštanta = 8,3145 J / K · mol
T1 a T2 = absolútne teploty (v kelvinoch)
k1 a k2 = rýchlosť reakcie konštantná pri T1 a T2
Krok 1: Prevod teploty z stupňov Celzia na Kelvin
T = stupne Celzia + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Krok 2 - Nájdite E
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = E/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = E/ 8,3145 J / K-mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = E(4,52 x 10-5 mol / J)
E = 4,59 x 104 J / mol
alebo v kJ / mol (delte 1000)
E = 45,9 kJ / mol
odpoveď: Aktivačná energia pre túto reakciu je 4,59 x 104 J / mol alebo 45,9 kJ / mol.
Ako použiť graf na nájdenie aktivačnej energie
Ďalším spôsobom, ako vypočítať aktivačnú energiu reakcie, je graf ln k (rýchlostná konštanta) verzus 1 / T (inverzia teploty v kelvinoch). Dej bude tvoriť priamku vyjadrenú rovnicou:
m = - E/ R
kde m je sklon vedenia, Ea je aktivačná energia a R je ideálna plynová konštanta 8,314 J / mol-K. Ak ste merali teplotu v stupňoch Celzia alebo Fahrenheita, nezabudnite ich pred výpočtom 1 / T a grafom previesť na Kelvin.
Ak by ste mali urobiť graf energie reakcie oproti reakčnej súradnici, rozdiel medzi energiou reaktanty a produkty by boli ΔH, zatiaľ čo prebytok energie (časť krivky nad krivkou produktov) by bola aktivácia energie.
Majte na pamäti, že zatiaľ čo väčšina reakčných rýchlostí stúpa s teplotou, v niektorých prípadoch rýchlosť reakcie s teplotou klesá. Tieto reakcie majú negatívnu aktivačnú energiu. Aj keď by ste mali očakávať, že aktivačná energia bude kladné číslo, uvedomte si, že je možné, že bude aj záporná.
Kto objavil aktivačnú energiu?
Švédsky vedec Svante Arrhenius v roku 1880 navrhol pojem „aktivačná energia“ na definovanie minimálnej energie potrebnej na interakciu a tvorbu produktov chemickými reaktantmi. V diagrame je grafom znázornená aktivačná energia ako výška energetickej bariéry medzi dvoma minimálnymi bodmi potenciálnej energie. Minimálne body sú energie stabilných reaktantov a produktov.
Aj exotermické reakcie, ako je napríklad horenie sviečky, vyžadujú prívod energie. V prípade spaľovania začne reakcia svietiť zapálená zápalka alebo extrémne teplo. Odtiaľ teplo vyvíjané reakciou dodáva energiu, aby sa stala sebestačnou.