Ορισμός Ενέργειας Ενεργοποίησης

Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι μια έννοια στη χημεία που προτάθηκε το 1889 από έναν Σουηδό επιστήμονα ονόματι «Svante Arrhenius». Η χαμηλότερη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται από τα χημικά αντιδρώντα για την ενεργοποίηση μιας χημικής αντίδρασης αναφέρεται ως ενέργεια ενεργοποίησης. Η ενέργεια ενεργοποίησης μερικές φορές περιγράφεται ως η μικρότερη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την έναρξη μιας χημικής αντίδρασης.

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί μερικές χημικές αντιδράσεις είναι εύκολο να πραγματοποιηθούν, ενώ άλλες χρειάζονται την προσθήκη θερμότητας; Όταν συνδυάζουμε μεταλλικό νάτριο με νερό, εμφανίζεται μια γρήγορη αντίδραση, που παράγει μια τεράστια ποσότητα θερμότητας (που χρειάζεται αρκετά για να αναφλεγεί το αέριο υδρογόνο που σχηματίζεται). Τα μέταλλα της ομάδας II, όπως το ασβέστιο, αντιδρούν με πολύ αργό ρυθμό. Σε αντίθεση με την εξαιρετικά βίαιη αντίδραση με το νάτριο, η αντίδραση με το ασβέστιο είναι αρκετά σταδιακή ώστε το δημιουργημένο αέριο υδρογόνο μπορεί να περιοριστεί.

Όταν στα αντιδρώντα σωματίδια δίνεται ενέργεια, ο δεσμός μεταξύ των ατόμων δονείται με υψηλότερη συχνότητα. Όταν αυτά τα σωματίδια συγκρούονται με άλλα σωματίδια, η αύξηση της ενέργειας της δόνησης καθιστά δυνατή τη διάσπαση ενός χημικού δεσμού και την εμφάνιση μιας χημικής αντίδρασης. Η ενέργεια ενεργοποίησης μιας αντίδρασης είναι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τα αλληλεπιδρώντα σωματίδια να περάσουν σε μια αντίδραση. Πολλές αντιδράσεις συμβαίνουν εύκολα σε μια αξιοπρεπή θερμοκρασία, επειδή τα αντιδρώντα σωματίδια πιθανότατα υποτίθεται ότι έχουν την πολύ σημαντική ενέργεια ενεργοποίησης. Ορισμένες αντιδράσεις συμβαίνουν μόνο όταν θερμαίνονται, καθώς τα σωματίδια δεν έχουν καν αρκετή ενέργεια έως ότου μια εξωτερική πηγή θερμότητας παρέχει επιπλέον κινητική ενέργεια στα σωματίδια.

Ορισμός ενέργειας ενεργοποίησης

Αυτό που ορίζει την ενέργεια ενεργοποίησης είναι το σύμβολο "Ea". Η ενέργεια ενεργοποίησης συμβολίζεται με τη μονάδα kL/mol ή kcal/mol. Σύμφωνα με τον Svante Arrhenius, η εξίσωση ενέργειας ενεργοποίησης είναι:

K =A x e– Ea / RT

K είναι ο συντελεστής ταχύτητας απόκρισης.

Το A υποδηλώνει τον παράγοντα συχνότητας.

Η καθολική σταθερά αερίου είναι R.

T είναι η θερμοκρασία Kelvin.

Το Ea σημαίνει ενέργεια ενεργοποίησης.

Η ενέργεια ενεργοποίησης στη θεωρία της μεταβατικής κατάστασης αφηγείται ως η διακύμανση μεταξύ των μορίων ή των ατόμων του δεδομένου χημικού αντιδραστηρίου για τη μεταβατική κατάσταση στη μεταβατική κατάσταση και εκείνων των χημικών αντιδραστηρίων στην αρχική κατάσταση.

Σημασία της ενέργειας ενεργοποίησης

Όταν αναμιγνύονται δύο χημικές ουσίες, μόνο ένας περιορισμένος αριθμός συγκρούσεων μεταξύ των μορίων των αντιδραστηρίων συμβαίνει αυθόρμητα για την παραγωγή προϊόντων. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν τα μόρια έχουν χαμηλή κινητική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, πριν ένα ικανοποιητικό ποσοστό των αντιδρώντων μπορεί να μετατραπεί σε προϊόντα, πρέπει να ξεπεραστεί η ελεύθερη ενέργεια του συστήματος. Η ενέργεια ενεργοποίησης παρέχει στην αντίδραση την πρόσθετη ώθηση που χρειάζεται για να ξεκινήσει.

Οι εξώθερμες διεργασίες απαιτούν επίσης ενέργεια ενεργοποίησης για να ξεκινήσουν. Μια στοίβα από κορμούς, για παράδειγμα, δεν θα αρχίσει να καίγεται από μόνη της. Ένα αναμμένο σπίρτο μπορεί να παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για την έναρξη της διαδικασίας καύσης. Όταν ξεκινά μια χημική αντίδραση, η θερμότητα που παράγεται από την αντίδραση παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για τη μετατροπή του πρόσθετου αντιδραστηρίου στο προϊόν.

Μια επιστημονική χημική αντίδραση μπορεί να λάβει χώρα χωρίς την προσθήκη πρόσθετης ενέργειας. Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης συχνά παρέχεται από θερμότητα από το περιβάλλον περιβάλλον σε αυτή την περίπτωση. Η θερμότητα κάνει τα αντιδρώντα μόρια να ταξιδεύουν γρηγορότερα, αυξάνοντας την πιθανότητα και τη δύναμη των συγκρούσεων. Ο συνδυασμός ενισχύει την πιθανότητα να σπάσουν οι δεσμοί των αντιδρώντων, επιτρέποντας το σχηματισμό προϊόντων.

Συμπέρασμα

Πολλές αντιδράσεις έχουν τόσο μεγάλες ενέργειες ενεργοποίησης που δεν συμβαίνουν καθόλου απουσία εισροής ενέργειας. Για παράδειγμα, ενώ η καύση ενός καυσίμου όπως το προπάνιο παράγει ενέργεια, ο ρυθμός αντίδρασης είναι ουσιαστικά μηδέν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Όταν ένας σπινθήρας παρέχει αρκετή ενέργεια για να ωθήσει ορισμένα μόρια πέρα ​​από το ενεργειακό φράγμα ενεργοποίησης, αυτά τα μόρια ολοκληρώνουν την αντίδραση και απελευθερώνουν ενέργεια. Η ενέργεια που απελευθερώνεται βοηθά επιπλέον μόρια καυσίμου να διαπεράσουν το ενεργειακό φράγμα, με αποτέλεσμα μια αλυσιδωτή αντίδραση.