Λυμένα παραδείγματα που σχετίζονται με την ενέργεια ενεργοποίησης

Στις διάφορες χημικές διεργασίες που απαιτούν εκκίνηση ως προς την ενέργεια, αυτή η ενέργεια ονομάζεται Ενέργεια ενεργοποίησης. Για παράδειγμα, οι κινητήρες αυτοκινήτων απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης. Διάφορες καύσεις και χημικές αντιδράσεις χρειάζονται ενέργεια ενεργοποίησης.

Λύνει δείγματα, ερωτήσεις και τύπους που σχετίζονται με την ενέργεια ενεργοποίησης

Ε:Ποιος είναι ο σκοπός της ενέργειας ενεργοποίησης; Γιατί θα συμβεί μια αντίδραση ελλείψει αυτής;

Α: Μια αντίδραση δεν θα συμβεί μέχρι να ενωθούν τα αντιδρώντα άτομα ή μόρια. Αυτό συμβαίνει μόνο όταν τα σωματίδια κινούνται, καθώς η κίνηση καταναλώνει ενέργεια. Τα αντιδρώντα συχνά πρέπει να ξεπεράσουν τις πιέσεις που τα απομακρύνουν. Αυτό απαιτεί και τη δαπάνη ενέργειας. Απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να ξεκινήσει η διάσπαση των δεσμών στα αντιδρώντα.

Ενεργοποίηση ενδόθερμων και εξώθερμων αντιδράσεων 

Συγκεκριμένες χημικές διεργασίες απαιτούν μια σταθερή παροχή ενέργειας, γνωστή ως ενδόθερμες αντιδράσεις. Άλλες χημικές διεργασίες απελευθερώνουν ενέργεια καθώς συμβαίνουν, επιτρέποντάς τους να συνεχίσουν χωρίς πρόσθετη ενέργεια, γνωστές ως εξώθερμες αντιδράσεις.

Ε:Οι εξώθερμες διεργασίες χρειάζονται ενέργεια ενεργοποίησης παρόμοια με τις ενδόθερμες διεργασίες;

Α:Όλες οι χημικές διεργασίες, ακόμη και οι εξώθερμες, απαιτούν ενέργεια για να ξεκινήσουν. Μόνο όταν ξεκινήσει μια εξώθερμη αντίδραση δημιουργεί περισσότερη ενέργεια από την ενδόθερμη αντίδραση.

1. Προσδιορίστε δύο τιμές που πρέπει να μετρηθούν για να προσδιοριστεί ο ρυθμός χημικής αντίδρασης και πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό χημικής αντίδρασης.

Απάντηση:

Η αλλαγή της συγκέντρωσης με τη συνάρτηση του χρόνου ορίζεται ως ο ρυθμός αντίδρασης. Επομένως, η μοριακότητα είτε ενός αντιδρώντος είτε ενός προϊόντος και ο χρόνος πρέπει να μετρηθούν.

Η θερμοκρασία, η συγκέντρωση του αντιδρώντος, η επιφάνεια (μόνο εάν το στερεό περιλαμβάνεται στη δεδομένη αντίδραση) και η παρουσία ή η απουσία ενός καταλύτη είναι όλοι παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό της αντίδρασης.

2. Εξηγήστε γιατί τα ποσοστά εξαφάνισης ΟΧΙ και Ν 2 παραγωγή στην αντίδραση 2CO(g) + 2NO(g)→ 2CO 2 (g) + N 2 δεν είναι τα ίδια (g).

Απάντηση:

Λόγω της στοιχειομετρικής αναλογίας ΝΟ προς Ν2 2:1, το ΝΟ πρέπει να χρησιμοποιεί δύο γραμμομόρια για κάθε γραμμομόριο Ν2 που δημιουργείται. Αυτό σημαίνει ότι ο ρυθμός κατανάλωσης ΝΟ είναι δύο φορές ταχύτερος από τον ρυθμό παραγωγής N2.

3. Ποια γραφική παράσταση πειραματικών δεδομένων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης μιας αντίδρασης, Ea; Τι ρόλο παίζει η Ea σε αυτή την αντίδραση;

Απάντηση:

Ο σταθερός ρυθμός της συνάρτησης για μια απόλυτη θερμοκρασία είναι τα πειραματικά δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης. Εάν σχεδιάσετε το ln k έναντι του 1/T, θα πρέπει να λάβετε μια απλή γραμμή με κλίση ίση με –Ea/R, όπου R είναι η ιδανική σταθερά αερίου σε μονάδες ενέργειας.

4. Ποιες είναι οι πρωταρχικές συνθήκες για έναν εύλογο μηχανισμό αντίδρασης; Γιατί χρησιμοποιούμε «πιθανό» αντί «σωστό» μηχανισμό;

Απάντηση:

Ένας μηχανισμός απόκρισης πρέπει να πληροί δύο προϋποθέσεις. Πρώτον, το σύνολο όλων των σταδίων του μηχανισμού πρέπει να ισούται με την παρατηρούμενη αντίδραση. Δηλαδή, η στοιχειομετρία της αντίδρασης θα πρέπει να είναι κορεσμένη. Δεύτερον, ο μηχανισμός απόκρισης πρέπει να λαμβάνει υπόψη τον νόμο ρυθμού που παρατηρήθηκε πειραματικά.

Καθώς πολλές αλληλουχίες στοιχειωδών αντιδράσεων μπορεί να ικανοποιούν και τις δύο συνθήκες, οι μηχανισμοί αντίδρασης θεωρούνται «εύλογοι» και όχι «ακριβείς».

5. Διακρίνετε ανάμεσα σε ένα ενεργοποιημένο σύμπλοκο και ένα ενδιάμεσο σε έναν μηχανισμό αντίδρασης; (α) Τι ακριβώς είναι το βήμα καθορισμού του ποσοστού;

Απάντηση:

(α) Ένα ενεργοποιημένο σύμπλοκο είναι η δομή με τη μεγαλύτερη ενέργεια κατά μήκος της οδού αντίδρασης, η οποία ορίζει την ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση. Οποιαδήποτε δομή προσδιορίζεται στην οδό αντίδρασης μπορεί να θεωρηθεί ως ενδιάμεση.

Συμπέρασμα:

Τέλος, έχουν δημοσιευθεί μεθοδολογίες για τον άμεσο υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης ενός χημικού συστήματος σε σχεδόν οποιαδήποτε δυναμική χρονική κλίμακα από προσομοιώσεις σε μία μόνο θερμοκρασία. Αυτές οι προσεγγίσεις υπολογίζουν την αναλυτική παράγωγο που αφορά τη θερμοκρασία στιγμιαία αντί της συνηθισμένης ανάλυσης Arrhenius, η οποία υπολογίζει το αποτέλεσμα αριθμητικά. Αποτελούν απλώς μια δυναμική εφαρμογή της θεωρίας των διακυμάνσεων της στατιστικής μηχανικής.