ENERGIJA KEMIJSKE AKTIVACIJE: OD ČEGA SE SASTOJI, PRORAČUN - KEMIJA - 2026

Energija kemijske aktivacije (s gledišta kinetičkih studija) odnosi se na najmanju količinu energije potrebnu za pokretanje kemijsku reakciju. Prema teoriji sudara u kemijskoj kinetiki, za sve molekule u pokretu se kaže da imaju određenu količinu kinetičke energije.

To znači da što je veća brzina njegovog kretanja, to je veća veličina njegove kinetičke energije. U tom smislu, molekula koja vrši brzi pokret ne može se sama podijeliti na fragmente, pa se mora dogoditi sudar između nje i druge molekule da bi došlo do kemijske reakcije.

Kad se to dogodi - kada dođe do sudara između molekula - djelić njihove kinetičke energije pretvara se u vibracijsku energiju. Također, ako je na početku procesa kinetička energija velika, molekule koje sudjeluju u sudaru će predstaviti tako veliku vibraciju da će se neke od prisutnih kemijskih veza razbiti.

Razbijanje veza prvi je korak u pretvorbi reaktanata u proizvode; to jest u formiranju ovih. Naprotiv, ako je na početku ovog procesa kinetička energija malog obima, dogodit će se fenomen „povratka“ molekula, kroz koji će se oni odvojiti praktički netaknuti.

Od čega se sastoji?

Polazeći od koncepta sudara između molekula za pokretanje kemijskih reakcija prethodno opisanog, može se reći da postoji minimalna količina energije koja je potrebna da se sudar dogodi.

Dakle, ako je energetska vrijednost manja od ove nužne minimalne vrijednosti, jednostavno neće doći do promjene između molekula nakon sudara, što znači da kada ta energija izostane, uključene vrste ostaju praktički netaknute i neće se dogoditi. bilo kakve promjene zbog ovog pada.

U ovom redoslijedu ideja minimalna energija koja je potrebna da bi se promjena dogodila nakon sudara molekula naziva se aktivacijskom energijom.

Drugim riječima, molekule koje sudjeluju u sudaru moraju posjedovati ukupnu količinu kinetičke energije jednake ili veće od energije aktiviranja da bi došlo do kemijske reakcije.

Isto tako, u mnogim se slučajevima molekule sudaraju i rađaju novu vrstu koja se zove aktivirani kompleks, strukturu koja se naziva i "prijelazno stanje", jer postoji samo privremeno.

To je uzrokovano reakcijskom vrstom zbog sudara i prije stvaranja produkata reakcije.

Aktivirani kompleks

Spomenuti aktivirani kompleks tvori vrstu koja ima vrlo nisku stabilnost, ali zauzvrat ima veliku veličinu potencijalne energije.

Sljedeći dijagram prikazuje pretvorbu reaktanata u proizvode, izražene u energiji i napomenuvši da je jačina energije aktiviranog kompleksa koja nastaje znatno veća od one reaktanata i proizvoda.

Ako na kraju reakcije proizvodi imaju veću stabilnost od reaktanata, dolazi do oslobađanja energije u obliku topline, što daje egzotermičku reakciju.

Naprotiv, ako reaktanti rezultiraju sa stabilnošću većom veličinom od produkta, to znači da reakcijska smjesa očituje apsorpciju energije u obliku topline iz svoje okoline, što rezultira endotermičkom reakcijom.

Isto tako, ako se dogodi jedan ili drugi slučaj, mora se konstruirati dijagram poput prethodno prikazanog, na kojem se crta potencijalna energija sustava koji reagira protiv napretka ili napretka reakcije.

Tako se mogu dobiti potencijalne promjene energije koje nastaju tijekom reakcije i reaktanata pretvaranja u proizvode.

Kako se izračunava?

Energija aktivacije kemijske reakcije usko je povezana s konstantom brzine navedene reakcije, a ovisnost te konstante u odnosu na temperaturu predstavljena je Arrheniusovom jednadžbom:

k = Ae- ^{Ea / RT}

U ovom izrazu k predstavlja konstantu brzine reakcije (koja ovisi o temperaturi), a parametar A naziva se faktorom frekvencije i mjeri frekvenciju sudara između molekula.

Sa svoje strane, e izražava osnovicu niza prirodnih logaritmi. Ona se podiže na snagu jednaku negativnom kvocijentu aktivacijske energije (Ea) između rezultirajućeg produkta plinske konstante (R) i apsolutne temperature (T) sustava koji se uzima u obzir.

Treba napomenuti da se faktor frekvencije može smatrati konstantom u određenim reakcijskim sustavima u širokom temperaturnom rasponu.

Ovaj matematički izraz izvorno je pretpostavio nizozemski kemičar Jacobus Henricus va't Hoff 1884. godine, ali onaj koji mu je dao naučnu valjanost i protumačio njegovu premisu bio je švedski kemičar Svante Arrhenius 1889. godine.

Proračun energije aktiviranja kemijske reakcije

Arrheniusova jednadžba određuje izravnu proporcionalnost koja postoji između konstante brzine reakcije i učestalosti sudara između molekula.

Isto tako, ova se jednadžba može prikazati na prikladniji način primjenom svojstva prirodnih logaritmi na svaku stranu jednadžbe, dobivajući:

ln k = ln A - Ea / RT

Kad su pojmovi preuređeni u smislu dobivanja jednadžbe retka (y = mx + b), dobiva se sljedeći izraz:

ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A

Dakle, pri konstruiranju grafa od ln k naspram 1 / T dobije se ravna crta, gdje ln k predstavlja koordinatu, a (-Ea / R) predstavlja nagib linije (m), (1 / T) predstavlja x koordinatnu liniju, a ln A predstavlja presijecanje s ordiniranom osi (b).

Kao što se može vidjeti, nagib koji je rezultat ovog izračuna jednak je vrijednosti –Ea / R. To podrazumijeva da, ako želite dobiti vrijednost aktivacijske energije pomoću ovog izraza, morate izvršiti jednostavno pojašnjenje, što rezultira:

Ea = –MR

Ovdje znamo da je vrijednost m i R konstanta jednaka 8.314 J / K · mol.

Kako energija aktivacije utječe na brzinu reakcije?

Pri pokušaju dobivanja slike energije aktivacije može se promatrati kao barijera koja ne dopušta da se dogodi reakcija između molekula niže energije.

Kao što se u uobičajenoj reakciji događa, da je broj molekula koje mogu reagirati prilično velik, brzina - i, jednako tako, kinetička energija tih molekula - može biti vrlo promjenjiva.

Obično se događa da samo mala količina ukupnosti molekula koje dožive sudar - one koje imaju veću brzinu pokreta - ima dovoljno kinetičke energije da bude u stanju premašiti veličinu aktivacijske energije. Dakle, te su molekule prikladne i mogu biti dio reakcije.

Prema Arrheniusovoj jednadžbi, negativni znak - koji prethodi kvocijentu između aktivacijske energije i produkta plinske konstante i apsolutne temperature - podrazumijeva da se konstantna brzina smanjuje kako dolazi do povećanja energije aktivacije, kao i rast kad temperatura raste.

Primjeri izračunavanja energije aktiviranja

Da bi se izračunala energija aktivacije konstrukcijom grafikona, prema Arrheniusovoj jednadžbi izmjerene su konstante brzine reakcije raspadanja acetaldehida na pet različitih temperatura i poželjno je odrediti energiju aktivacije za reakciju, koja se izražava kao:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Podaci za pet mjerenja su sljedeći:

k (1 / M ^1/2 s): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810

Prije svega, da bi se riješila ta nepoznanica i odredila energija aktivacije, mora se napraviti graf ln k vs 1 / T (y vs x), da bi se dobila ravna linija i odatle se uzeo nagib i pronašla vrijednost Ea, kao što je objašnjeno.

Transformirajući mjerne podatke, prema Arrheniusovoj jednadžbi, nalaze se sljedeće vrijednosti za y i x, respektivno:

ln k: (-4,51) - (-3,35) - (-2,254) - (-1,070) - (-0,237)

1 / T (K ^-1): 1,43 * 10 ^-3 - 1,37 * 10 ^-3 - 1,32 * 10 ^-3 - 1,27 * 10 ^-3 - 1,23 * 10 ^-3

Iz tih vrijednosti i kroz matematički proračun nagiba - bilo na računalu ili kalkulatoru, koristeći izraz m = (Y ₂ -Y ₁) / (X ₂ -X ₁) ili koristeći metodu linearne regresije - dobivamo da je m = -Ea / R = -2,09 * 10 ⁴ K. Dakle:

Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 10 ⁴ K)

= 1,74 * 10 ⁵ = 1,74 * 10 ² kJ / mol

Da bi se grafički odredile ostale energije aktiviranja, provodi se sličan postupak.

Reference

1. Wikipedia. (SF). Energija aktivacije. Oporavilo s en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kemija, deveto izdanje. Meksiko: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (drugo). Energija aktivacije. Preuzeto s britannica.com
4. Moore, JW i Pearson, RG (1961). Kinetika i mehanizam. Oporavak od books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Korozija metala: fizikalno-kemijska načela i trenutni problemi. Dobiveno iz books.google.co.ve