Энергия активации минимальное количество энергия требуется инициировать реакция. Это высота барьера потенциальной энергии между минимумами потенциальной энергии реагентов и продуктов. Энергия активации обозначается E и обычно имеет единицы килоджоулей на моль (кДж / моль) или килокалорий на моль (ккал / моль). Термин «энергия активации» был введен шведским ученым Сванте Аррениусом в 1889 году. Уравнение Аррениуса связывает энергию активации с ставка при котором протекает химическая реакция:
k = Ae-Ea / (RT)
где k - коэффициент скорости реакции, A - частотный коэффициент для реакции, e - иррациональное число (приблизительно равное 2,718), E - энергия активации, R - универсальная газовая постоянная, а T - абсолютная температура (Кельвин).
Из уравнения Аррениуса видно, что скорость реакции изменяется в зависимости от температуры. Обычно это означает, что химическая реакция протекает быстрее при более высокой температуре. Однако есть несколько случаев «отрицательной энергии активации», когда скорость реакции уменьшается с температурой.
Зачем нужна энергия активации?
Если вы смешаете два химических вещества, то между молекулами реагента будет образовываться лишь небольшое количество столкновений. Это особенно верно, если молекулы имеют низкая кинетическая энергия. Таким образом, прежде чем значительная доля реагентов может быть преобразована в продукты, необходимо преодолеть свободную энергию системы. Энергия активации дает реакции тот небольшой дополнительный толчок, необходимый для начала. Даже экзотермические реакции требуется энергия активации, чтобы начать. Например, штабель дерева не начнет гореть сам по себе. Горящая спичка может обеспечить энергию активации для начала горения. Как только начинается химическая реакция, выделяемое реакцией тепло обеспечивает энергию активации для превращения большего количества реагента в продукт.
Иногда химическая реакция протекает без добавления дополнительной энергии. В этом случае энергия активации реакции обычно подается за счет тепла от температуры окружающей среды. Тепло увеличивает движение молекул реагентов, повышая их вероятность столкновения друг с другом и увеличивая силу столкновений. Комбинация повышает вероятность разрыва связей между реагентами, что приводит к образованию продуктов.
Катализаторы и энергия активации
Вещество, которое понижает энергию активации химической реакции, называется катализатор. По существу, катализатор действует путем изменения переходного состояния реакции. Катализаторы не расходуются химической реакцией и не изменяют константу равновесия реакции.
Связь между энергией активации и энергией Гиббса
Энергия активации - это термин в уравнении Аррениуса, используемый для расчета энергии, необходимой для преодоления переходного состояния от реагентов к продуктам. Уравнение Эйринга является еще одним соотношением, которое описывает скорость реакции, за исключением того, что вместо использования энергии активации оно включает энергию Гиббса переходного состояния. Энергия Гиббса переходного состояния учитывает как энтальпию, так и энтропию реакции. Энергия активации и энергия Гиббса взаимосвязаны, но не взаимозаменяемы.