Энергия активации - это количество энергии, которое необходимо подать для протекания химической реакции. Приведенный ниже пример проблемы демонстрирует, как определить энергию активации реакции по константам скорости реакции при различных температурах.
Проблема энергии активации
Реакция второго порядка наблюдалась. скорость реакции константа при трех градусах Цельсия была найдена равной 8,9 х 10-3 Л / моль и 7,1 х 10-2 Л / моль при 35 градусах Цельсия. Какова энергия активации этой реакции?
Решение
энергия активации можно определить с помощью уравнения:
ln (k2/ к1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / т2)
где
Е = энергия активации реакции в Дж / моль
R = постоянная идеального газа = 8,3145 Дж / К · моль
T1 и т2 = абсолютные температуры (в Кельвинах)
К1 и к2 = константы скорости реакции при Т1 и т2
Шаг 1: Перевести температуры из градусов Цельсия в Кельвины
Т = градусы Цельсия + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 К
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Кельвин
Шаг 2 - Найти E
ln (k2/ к1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / т2)
ln (7.1 x 10
ln (7,98) = E/ 8,3145 Дж / К · моль х 3,76 х 10-4 К-1
2.077 = E(4,52 х 10-5 моль / Дж)
Е = 4,59 х 104 Дж / моль
или в кДж / моль (делим на 1000)
Е = 45,9 кДж / моль
Ответ: Энергия активации для этой реакции составляет 4,59 х 10.4 Дж / моль или 45,9 кДж / моль.
Как использовать график, чтобы найти энергию активации
Другим способом вычисления энергии активации реакции является график зависимости ln k (константа скорости) от 1 / T (обратная температура в градусах Кельвина). Участок сформирует прямую линию, выраженную уравнением:
м = - Е/Р
где m - наклон линии, Ea - энергия активации, а R - постоянная идеального газа 8,314 Дж / моль-К. Если вы проводили измерения температуры в градусах Цельсия или Фаренгейта, не забудьте преобразовать их в градусы Кельвина, прежде чем рассчитать 1 / T и построить график.
Если бы вы строили график зависимости энергии реакции от координаты реакции, разница между энергией реагенты и продукты будут ΔH, а избыточная энергия (часть кривой выше, чем у продуктов) будет активацией энергия.
Имейте в виду, что в то время как большинство скоростей реакции увеличиваются с температурой, в некоторых случаях скорость реакции уменьшается с температурой. Эти реакции имеют отрицательную энергию активации. Итак, хотя вы должны ожидать, что энергия активации будет положительным числом, имейте в виду, что она также может быть отрицательной.
Кто открыл энергию активации?
Шведский ученый Сванте Аррениус предложил термин «энергия активации» в 1880 году, чтобы определить минимальную энергию, необходимую для взаимодействия химических реагентов и образования продуктов. На диаграмме энергия активации изображается как высота энергетического барьера между двумя минимальными точками потенциальной энергии. Минимальными точками являются энергии стабильных реагентов и продуктов.
Даже экзотермические реакции, такие как горение свечи, требуют затрат энергии. В случае сгорания, зажженная спичка или сильная жара начинает реакцию. Оттуда тепло, выделяемое в результате реакции, поставляет энергию, чтобы сделать ее самоподдерживающейся.