Aktiveerimisenergia on energiakogus, mis tuleb tarnida keemilise reaktsiooni toimumiseks. Allpool toodud näiteprobleem näitab, kuidas reaktsiooni aktiveerimisenergiat saab määrata erinevatel temperatuuridel reageerimise kiiruse konstantidest.
Aktiveerimise energiaprobleem
Täheldati teise järgu reaktsiooni. reaktsioonikiirus konstantsena kolme kraadi juures leiti olevat 8,9 x 10-3 L / mol ja 7,1 x 10-2 L / mol temperatuuril 35 kraadi. Mis on selle reaktsiooni aktiveerimise energia?
Lahendus
aktiveerimise energia saab kindlaks määrata võrrandi abil:
ln (k2/ k1) = Ea/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
kus
Ea = reaktsiooni aktiveerimisenergia (J / mol)
R = ideaalne gaasi konstant = 8,3145 J / K · mol
T1 ja T2 = absoluutsed temperatuurid (kelvinites)
k1 ja k2 = reaktsioonikiiruse konstandid temperatuuril T1 ja T2
Samm 1: Teisendage temperatuur alates Celsiuse kraadist kuni Kelvin
T = Celsiuse kraad + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
2. samm - Leia Ea
ln (k2/ k1) = Ea/ R x (1 / T
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = Ea/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
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
või kJ / mol, (jagage 1000-ga)
Ea = 45,9 kJ / mol
Vastus: Selle reaktsiooni aktiveerimise energia on 4,59 x 104 J / mol või 45,9 kJ / mol.
Kuidas kasutada graafikut aktiveerimisenergia leidmiseks
Teine viis reaktsiooni aktiveerimisenergia arvutamiseks on graafi ln k (kiiruskonstant) versus 1 / T (temperatuuri pöördveini). Graafik moodustab sirge, mida väljendab võrrand:
m = - Ea/ R
kus m on joone kalle, Ea on aktiveerimise energia ja R on ideaalse gaasi konstant 8,314 J / mol-K. Kui te võtsite temperatuurimõõtmisi Celsiuse või Fahrenheiti järgi, ärge unustage enne 1 / T arvutamist ja graafiku joonistamist teisendada need Kelviniteks.
Kui peaksite joonistama reaktsiooni energia versiooni reaktsiooni koordinaadist, siis erinevus energia vahel reagendid ja saadused oleksid ΔH, samal ajal kui aktiveeruks liigne energia (kõvera osa, mis ületaks produktide oma) energia.
Pidage meeles, et kuigi enamik reaktsioonikiirusi suureneb temperatuuriga, on mõnel juhul reaktsiooni kiirus temperatuuri langedes. Nendel reaktsioonidel on negatiivne aktiveerimise energia. Ehkki peaksite eeldama, et aktiveerimise energia on positiivne arv, arvestage, et see võib olla ka negatiivne.
Kes avastas aktiveerimisenergia?
Rootsi teadlane Svante Arrhenius pakkus 1880. aastal välja mõiste "aktiveerimise energia", et määratleda minimaalne energia, mis on vajalik keemiliste reagentide komplekti interaktsiooniks ja toodete moodustamiseks. Diagrammil joonistatakse aktiveerimisenergia energiabarjääri kõrgusena kahe potentsiaalse energia minimaalse punkti vahel. Miinimumpunktid on stabiilsete reagentide ja toodete energia.
Isegi eksotermilised reaktsioonid, näiteks küünla põletamine, vajavad energiat. Põlemisel käivitub reaktsioon valgustatud tikuga või ekstreemse kuumusega. Sealt eraldab reaktsioonist eralduv kuumus energiat, et muuta see isemajandavaks.