Ορισμός Χημείας Ενέργειας Ενεργοποίησης (Ea)

Ενέργεια ενεργοποίησης είναι το ελάχιστο ποσό των ενέργεια απαιτείται να ξεκινήσει ένα αντίδραση. Είναι το ύψος του δυνητικού ενεργειακού φραγμού μεταξύ των ελάχιστων δυνατοτήτων ενέργειας των αντιδρώντων και των προϊόντων. Η ενέργεια ενεργοποίησης δηλώνεται με E_ένα και συνήθως έχει μονάδες κιλοζουλιών ανά mole (kJ / mol) ή kilocalories ανά mole (kcal / mol). Ο όρος «ενέργεια ενεργοποίησης» εισήχθη από τον Σουηδό επιστήμονα Svante Arrhenius το 1889. Η εξίσωση Arrhenius συνδέει την ενέργεια ενεργοποίησης με την τιμή κατά την οποία προχωρά μια χημική αντίδραση:

k = Αϊ^{-Εα / (RT)}

όπου k είναι ο συντελεστής ρυθμού αντίδρασης, A είναι ο συντελεστής συχνότητας για την αντίδραση, e είναι ο παράλογος αριθμός (περίπου ίσος με 2,718), E_ένα είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, το R είναι η καθολική σταθερά αερίου και το Τ είναι η απόλυτη θερμοκρασία (Kelvin).

Από την εξίσωση Arrhenius, μπορεί να φανεί ότι ο ρυθμός της αντίδρασης αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Κανονικά, αυτό σημαίνει ότι μια χημική αντίδραση προχωρά πιο γρήγορα σε υψηλότερη θερμοκρασία. Υπάρχουν, ωστόσο, μερικές περιπτώσεις "ενέργειας αρνητικής ενεργοποίησης", όπου ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται με τη θερμοκρασία.

Εάν αναμίξετε δύο χημικές ουσίες, μόνο ένας μικρός αριθμός συγκρούσεων θα συμβεί φυσικά μεταξύ των μορίων αντιδρώντος για την παραγωγή προϊόντων. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα εάν τα μόρια έχουν χαμηλή κινητική ενέργεια. Επομένως, προτού να μετατραπεί ένα σημαντικό κλάσμα αντιδρώντων σε προϊόντα, πρέπει να ξεπεραστεί η ελεύθερη ενέργεια του συστήματος. Η ενέργεια ενεργοποίησης δίνει την αντίδραση που χρειάζεται λίγη επιπλέον ώθηση για να ξεκινήσει. Ακόμη και εξωθερμικές αντιδράσεις απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης για να ξεκινήσετε. Για παράδειγμα, μια στοίβα ξύλου δεν θα αρχίσει να καίει μόνη της. Μια αναμμένη αντιστοιχία μπορεί να παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης για να ξεκινήσει η καύση. Μόλις ξεκινήσει η χημική αντίδραση, η θερμότητα που απελευθερώνεται από την αντίδραση παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης για τη μετατροπή περισσότερου αντιδρώντος σε προϊόν.

Μερικές φορές μια χημική αντίδραση προχωρά χωρίς να προσθέτει επιπλέον ενέργεια. Σε αυτήν την περίπτωση, η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης συνήθως παρέχεται από θερμότητα από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η θερμότητα αυξάνει την κίνηση των μορίων αντιδρώντος, βελτιώνοντας τις πιθανότητες σύγκρουσης μεταξύ τους και αυξάνοντας τη δύναμη των συγκρούσεων. Ο συνδυασμός καθιστά πιο πιθανό τους δεσμούς μεταξύ αντιδρώντος να σπάσουν, επιτρέποντας το σχηματισμό προϊόντων.

Μια ουσία που μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης ονομάζεται καταλύτης. Βασικά, ένας καταλύτης δρα τροποποιώντας την κατάσταση μετάβασης μιας αντίδρασης. Οι καταλύτες δεν καταναλώνονται από τη χημική αντίδραση και δεν αλλάζουν τη σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης.

Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι ένας όρος στην εξίσωση Arrhenius που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ενέργειας που απαιτείται για να ξεπεραστεί η κατάσταση μετάβασης από τα αντιδραστήρια στα προϊόντα. Η εξίσωση Eyring είναι μια άλλη σχέση που περιγράφει τον ρυθμό αντίδρασης, εκτός από το ότι αντί της χρήσης ενέργειας ενεργοποίησης, περιλαμβάνει την ενέργεια Gibbs της μεταβατικής κατάστασης. Η ενέργεια Gibbs της μεταβατικής κατάστασης επηρεάζει τόσο την ενθαλπία όσο και την εντροπία μιας αντίδρασης. Η ενέργεια ενεργοποίησης και η ενέργεια Gibbs σχετίζονται, αλλά δεν είναι εναλλάξιμα.