Aktiveerimise energia on minimaalne summa energia vaja algatada a reaktsioon. See on potentsiaalse energia barjääri kõrgus reagentide ja toodete potentsiaalse energia miinimumide vahel. Aktiveerimisenergiat tähistatakse tähisega Ea ja sellel on tavaliselt ühikud kilodžaule mooli kohta (kJ / mol) või kilokaloreid mooli kohta (kcal / mol). Mõiste "aktiveerimisenergia" võttis kasutusele Rootsi teadlane Svante Arrhenius 1889. aastal. Arrheniuse võrrand seob aktiveerimistegevuse energiaga määra mille käigus toimub keemiline reaktsioon:
k = Ae-Ea / (RT)
kus k on reaktsioonikiiruse koefitsient, A on reaktsiooni sagedustegur, e on irratsionaalne arv (ligikaudu võrdne 2,718), Ea on aktiveerimisenergia, R on universaalne gaasi konstant ja T on absoluuttemperatuur (Kelvin).
Arrheniuse võrrandist on näha, et reaktsiooni kiirus muutub vastavalt temperatuurile. Tavaliselt tähendab see keemilist reaktsiooni kõrgemal temperatuuril kiiremini. Siiski on mõned "negatiivse aktiveerimise energia" juhtumid, kus reaktsiooni kiirus temperatuuriga väheneb.
Miks on vaja aktiveerimise energiat?
Kui segada kokku kaks kemikaali, tekib reagentide molekulide vahel toodete saamiseks looduslikult vaid väike arv kokkupõrkeid. See kehtib eriti juhul, kui molekulidel on madal kineetiline energia. Niisiis, enne kui märkimisväärse osa reagentidest saab muundada produktideks, tuleb süsteemi vaba energia ületada. Aktiveerimisenergia annab reaktsiooni, mille alustamiseks oli vaja vähe täiendavat tõuget. Isegi eksotermilised reaktsioonid alustamiseks vaja aktiveerimise energiat Näiteks ei hakka virnapuit üksi põlema. Süüdatud tiku võib anda põlemisprotsessi aktiveerimise energiat. Kui keemiline reaktsioon on alanud, annab reaktsioonist eralduv soojus aktiveerimisenergia, et muuta rohkem reagenti produktiks.
Mõnikord toimub keemiline reaktsioon ilma täiendavat energiat lisamata. Sel juhul varustatakse reaktsiooni aktiveerimise energiat ümbritseva keskkonna temperatuurist eralduva kuumusega. Kuumus suurendab reageerivate molekulide liikumist, parandades nende kokkupõrke tõenäosust ja suurendades kokkupõrgete jõudu. See kombinatsioon muudab tõenäolisemaks, et reagentide vahelised sidemed purunevad, võimaldades produktide moodustumist.
Katalüsaatorid ja aktiveerimisenergia
Ainet, mis vähendab keemilise reaktsiooni aktiveerimisenergiat, nimetatakse a-ks katalüsaator. Põhimõtteliselt toimib katalüsaator reaktsiooni ülemineku olekut muutes. Katalüsaatoreid keemiline reaktsioon ei kuluta ja need ei muuda reaktsiooni tasakaalukonstanti.
Seos aktiveerimisenergia ja Gibbsi energia vahel
Aktiveerimisenergia on mõiste Arrheniuse võrrandis, mida kasutatakse energia arvutamiseks, mis on vajalik reagentidelt toodetele ülemineku oleku ületamiseks. Eyringi võrrand on veel üks seos, mis kirjeldab reaktsiooni kiirust, välja arvatud see, et selle asemel, et kasutada aktiveerimisenergiat, hõlmab see siirdeoleku Gibbsi energiat. Gibbsi siirdeseisundite energia tegurid nii reaktsiooni entalpia kui ka entroopia korral. Aktiveerimisenergia ja Gibbsi energia on omavahel seotud, kuid mitte omavahel asendatavad.