Ενέργεια Ενεργοποίησης και Υπολογισμός της
Ορισμός
Η ενέργεια ενεργοποίησης, στη χημεία, είναι η βασική μέτρηση της ενέργειας που απαιτείται για να ενεργοποιηθούν τα άτομα ή τα σωματίδια σε μια κατάσταση στην οποία μπορούν να περάσουν από μια χημική ή φυσική αλλαγή. Η Ενέργεια Ενεργοποίησης είναι η διάκριση στο ενεργειακό περιεχόμενο μεταξύ ατόμων ή σωματιδίων σε μια αρχική ρύθμιση ή κατάσταση αλλαγής και των ατόμων και σωματιδίων που συγκρίνουν στην υποκείμενη διάταξη τους. Η Ενέργεια ενεργοποίησης συμβολίζεται με το (Ea).
Ιστορικό
Ο Σουηδός ερευνητής Svante Arrhenius πρότεινε την έκφραση «Ενέργεια ενεργοποίησης» το 1880 για να χαρακτηρίσει τη βασική ενέργεια που απαιτείται για μια δέσμη σύνθετων αντιδραστηρίων για τη συνεργασία και τη διαμόρφωση αντικειμένων. Σε ένα περίγραμμα, η Ενέργεια Ενεργοποίησης απεικονίζεται ως το ύψος ενός ενεργειακού εμποδίου μεταξύ των δύο ελάχιστων σημείων δυναμικής ενέργειας. Οι βασικές εστίες είναι οι ενέργειες των σταθερών αντιδραστηρίων και στοιχείων.
Πράγματι, ακόμη και οι εξώθερμες αποκρίσεις απαιτούν εισροή ενέργειας, όπως η κατανάλωση ενός κεριού. Ένα αναμμένο σπίρτο ή μια εξωφρενική ζέστη ξεκινά την αντίδραση λόγω της ανάφλεξης. Από εκείνο το σημείο, η ζεστασιά που προέρχεται από την απόκριση παρέχει την ενέργεια για να την κάνει να αυτοϋποστηρίζεται.
Το Ea σημαίνει Μονάδα Ενέργειας Ενεργοποίησης SI. Συνήθως υπολογίζεται σε joules (J) και επιπλέον kilojoules ανά mole (kJ/mol) ή χιλιοθερμίδες ανά mole (kcal/mol).
Παράγοντες που επηρεάζουν την ενέργεια ενεργοποίησης
Η ενέργεια ενεργοποίησης βασίζεται σε δύο μεταβλητές.
1. Φύση των αντιδρώντων
Εξαιτίας των ιοντικών αντιδρώντων, η τιμή του (Ea) θα είναι χαμηλή καθώς υπάρχει μια έλξη μεταξύ των αποκρινόμενων ειδών. Ενώ λόγω του ομοιοπολικού αντιδραστηρίου, η τιμή του Ea θα είναι υψηλή, καθώς απαιτείται ενέργεια για να σπάσουν οι πιο εδραιωμένοι δεσμοί.
2. Επίδραση του καταλύτη
Ένας θετικός καταλύτης δίνει έναν τέτοιο υποκατάστατο τρόπο με τον οποίο η τιμή του Ea θα είναι χαμηλή, ενώ ο αρνητικός καταλύτης δίνει έναν τέτοιο υποκατάστατο τρόπο με τον οποίο η τιμή του Ea είναι υψηλή.
Η ενέργεια ενεργοποίησης δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την πίεση, τον όγκο, τη στερέωση ή τους συντελεστές του αντιδρώντος.
Τύπος ενέργειας ενεργοποίησης
Ο τύπος Ενέργειας ενεργοποίησης είναι σίγουρα
k =Ae− EaRT ή k =A – EaRT
Εδώ, το Α αποδεικνύεται ότι είναι το προεξέχον στοιχείο που λειτουργεί με την αντίδραση. Επιπλέον, η αντίδραση είναι σχεδόν σταθερή. Επιπλέον, η αντίδραση εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το Ea αποδεικνύεται ότι είναι η Ενέργεια Ενεργοποίησης ενώ η σταθερά του αερίου είναι R.
Επιπλέον, το T παραπέμπει στη θερμοκρασία ενώ το k παραπέμπει στη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης. Το πιο σημαντικό, μπορεί κανείς να σημειώσει τρεις σημαντικές μεταβλητές των οποίων η θρυαλλίδα προέκυψε από τον Arrhenius. Ο κύριος παράγοντας είναι ότι τα σωματίδια περιλαμβάνουν δυναμικό, το οποίο είναι σημαντικό για την αντίδραση. Επιπλέον, οι επιπτώσεις συμβαίνουν μεταξύ του παράγοντα σωματιδίων. Επιτέλους, η ποσότητα των επιπτώσεων θα έχει γενικά το στοιχείο της κατάλληλης κατεύθυνσης.
Παραγωγή,
Η προϋπόθεση της συνθήκης Arrhenius είναι η υπόθεση της πρόσκρουσης. Όπως υποδεικνύεται από αυτή την υπόθεση, μια αντίδραση σε μια σύγκρουση μεταξύ δύο σωματιδίων (μιας παρόμοιας ουσίας ή δύο μοναδικών ουσιών) διαμορφώνει ένα ενδιάμεσο. Αυτό το ενδιάμεσο που είναι έτσι πλαισιωμένο είναι ασταθές, το οποίο υπάρχει για ένα σύντομο χρονικό διάστημα - το ενδιάμεσο σπάει για να δώσει δύο άτομα του αντικειμένου. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του ενδιάμεσου είναι γνωστή ως Ενέργεια ενεργοποίησης.
Προς το παρόν, υποθέτοντας ότι υπογράφουμε στις δύο πλευρές της συνθήκης Arrhenius, η αντίδραση αλλάζει σε
Το Ln είναι ένας φυσικός λογάριθμος. οι ποιότητες μπορούν να ληφθούν από τον λογαριθμικό πίνακα.
Για γραφική απεικόνιση,
Αν υποθέσουμε ότι αντιπαραβάλλουμε αυτή τη συνθήκη και την συνθήκη μιας ευθείας γραμμής, παίρνουμε
y =ln k
x =1/T
m =– Ea/R
c =ln A.
Αυτό δίνει ένα ευθύγραμμο διάγραμμα αλλά με αρνητική κλίση.
Επίπτωση της θερμοκρασίας
Από το διάγραμμα, συμπεραίνουμε ότι η θερμοκρασία και η ταχύτητα υποθέτοντας ότι οι αντιδράσεις αντιστοιχούν. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και ο ρυθμός της αντίδρασης. Η ενεργός ενέργεια αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο, η ποσότητα των σωματιδίων με δυναμική ενέργεια είναι πιο αξιοσημείωτη από τις αυξήσεις της Ενέργειας Ενεργοποίησης όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία. Αυτό επεκτείνει τον ρυθμό της γενικής αντίδρασης μειώνοντας την Ενέργεια Ενεργοποίησης.
Για αλλαγή θερμοκρασίας 10 K, ο ρυθμός σχεδόν διπλασιάζεται
.Τι θα λέγατε να πάρουμε τις συνθήκες Arrhenius σε περιόδους T1 και T2 όπου οι ρυθμοί της αντίδρασης είναι K1 και K2 χωριστά.
ln k1 =– Ea/RT1+ ln A – – – – – (1)
ln k2 =– Ea/RT2 + ln A – – – – – (2)
αφαιρώντας το (1) από το (2)
ln k2 – ln k1 =Ea/RT1 – Ea/RT2
ln k2/k1 =(Ea/R)1/T1-1/T2
αλλαγή από το ln για log;
log k2/k1 =(Ea/2.303R)(T2-T1)/T1T2
Υπολογισμοί ενέργειας ενεργοποίησης
Παράδειγμα 1
Χρησιμοποιήστε τα ακόλουθα δεδομένα για να προσδιορίσετε την Ενέργεια ενεργοποίησης για την αποσύνθεση του HI:
Θερμοκρασία (K) Σταθερή ταχύτητας (m/s)
572 2,90 x 10-6
672 8,39 x 10-4
772 7,66 x 10-2
Λύση
μπορούμε να αποφασίσουμε την Ενέργεια Ενεργοποίησης για μια απόκριση από ένα διάγραμμα του φυσικού ημερολογίου των σταθερών ρυθμού έναντι της αναλογικότητας της απόλυτης θερμοκρασίας. Επομένως, ξεκινάμε προσδιορίζοντας το 1/T και τον φυσικό λογάριθμο των σταθερών ρυθμού:
| ln k | 1/Τ (Κ-1) |
| -12,76 | 0,00174 |
| -7.07 | 0,00148 |
| -2,56 | 0,00128 |
Στο σημείο που αναπτύσσουμε ένα γράφημα αυτής της πληροφορίας, έχουμε μια ευθεία γραμμή με κλίση – 22.200 K,
Σύμφωνα με την συνθήκη Arrhenius, η κλίση αυτής της γραμμής είναι ισοδύναμη με – Ea/R:
-22.200K =Ea8.314j/mol-k
Στο σημείο που αυτή η συνθήκη διευθετηθεί, λαμβάνουμε το ακόλουθο κίνητρο για την ενέργεια ενεργοποίησης για αυτήν την απόκριση:
Ea =182,9 kJ/mol
Συμπέρασμα
Καθορίζεται η ενέργεια ενεργοποίησης μιας διεργασίας και αναλύεται η σημασία της στις χημικές διεργασίες. Σε αυτό το θέμα, μάθαμε επίσης για το ιστορικό της ενέργειας ενεργοποίησης τον τύπο της,
Παραγωγή, παράγοντες που επηρεάζουν το Ea και λύθηκαν ορισμένα παραδείγματα.
