Πώς να υπολογίσετε την ενέργεια ενεργοποίησης

Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η ποσότητα ενέργειας που πρέπει να παρέχεται για να προχωρήσει μια χημική αντίδραση. Το πρόβλημα του παραδείγματος παρακάτω καταδεικνύει τον τρόπο προσδιορισμού της ενέργειας ενεργοποίησης μιας αντίδρασης από σταθερές ρυθμού αντίδρασης σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Παρατηρήθηκε αντίδραση δεύτερης τάξης. ο ταχύτητα αντίδρασης σταθερή σε τρεις βαθμούς Κελσίου βρέθηκε να είναι 8,9 x 10^-3 L / mol και 7,1 χ 10^-2 L / mol στους 35 βαθμούς Κελσίου. Ποια είναι η ενέργεια ενεργοποίησης αυτής της αντίδρασης;

ο ενέργεια ενεργοποίησης μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση:
ln (k₂/κ₁) = E_ένα/ Rx (1 / Τ₁ - 1 / Τ₂)
που
μι_ένα = η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης σε J / mol
R = ιδανική σταθερά αερίου = 8,3145 J / K · mol
Τ₁ και Τ₂ = απόλυτες θερμοκρασίες (σε Kelvin)
κ₁ και k₂ = οι σταθερές του ρυθμού αντίδρασης στο Τ₁ και Τ₂

Βήμα 1: Μετατρέψτε τις θερμοκρασίες από βαθμούς Κελσίου σε Κελβίν
T = βαθμοί Κελσίου + 273,15
Τ₁ = 3 + 273.15
Τ₁ = 276,15 Κ
Τ₂ = 35 + 273.15
Τ₂ = 308,15 Kelvin

Βήμα 2 - Βρείτε το E_ένα
ln (k₂/κ₁) = E_ένα/ Rx (1 / Τ₁ - 1 / Τ₂)
ln (7,1 χ 10^-2/ 8,9 x 10^-3) = E_ένα/8.3145 J / K · mol η (1 / 276.15 Κ - 1 / 308.15 Κ)
ln (7.98) = Ε_ένα/8.3145 J / K · mol x 3.76 χ 10^-4 κ^-1
2.077 = Ε_ένα(4,52 χ 10^-5 mol / J)
μι_ένα = 4,59 χ 10⁴ J / mol
ή σε kJ / mol, (διαίρεση κατά 1000)
μι_ένα = 45,9 kJ / mol

Απάντηση: Η ενέργεια ενεργοποίησης για αυτήν την αντίδραση είναι 4,59 χ 10⁴ J / mol ή 45,9 kJ / mol.

Ένας άλλος τρόπος για τον υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης μιας αντίδρασης είναι η γραφική παράσταση ln k (η σταθερά ταχύτητας) έναντι 1 / T (το αντίστροφο της θερμοκρασίας σε Kelvin). Το οικόπεδο θα σχηματίσει μια ευθεία που εκφράζεται από την εξίσωση:

m = - Ε_ένα/ R

όπου m είναι η κλίση της γραμμής, Εα είναι η ενέργεια ενεργοποίησης και R είναι η ιδανική σταθερά αερίου 8.314 J / mol-K. Αν έχετε λάβει μετρήσεις θερμοκρασίας σε Κελσίου ή Φαρενάιτ, θυμηθείτε να τις μετατρέψετε σε Κελβίν πριν υπολογίσετε το 1 / Τ και σχεδιάσετε το γράφημα.

Αν έπρεπε να φτιάξετε μια γραφική παράσταση της ενέργειας της αντίδρασης σε σχέση με τη συντονισμένη αντίδραση, η διαφορά μεταξύ της ενέργειας του τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα θα είναι ΔΗ, ενώ η πλεονάζουσα ενέργεια (το τμήμα της καμπύλης πάνω από εκείνο των προϊόντων) θα είναι η ενεργοποίηση ενέργεια.

Λάβετε υπόψη ότι, ενώ οι περισσότεροι ρυθμοί αντίδρασης αυξάνονται με τη θερμοκρασία, υπάρχουν μερικές περιπτώσεις όπου ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται με τη θερμοκρασία. Αυτές οι αντιδράσεις έχουν αρνητική ενεργότητα ενεργοποίησης. Έτσι, ενώ θα πρέπει να περιμένετε ότι η ενέργεια ενεργοποίησης είναι θετικός, πρέπει να γνωρίζετε ότι είναι πιθανό να είναι και αρνητική.

Σουηδός επιστήμονας Svante Arrhenius πρότεινε τον όρο "ενέργεια ενεργοποίησης" το 1880 για να καθορίσει την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για ένα σύνολο χημικών αντιδρώντων να αλληλεπιδράσουν και να σχηματίσουν προϊόντα. Σε ένα διάγραμμα, η ενέργεια ενεργοποίησης καταγράφεται ως το ύψος ενός ενεργειακού φράγματος μεταξύ δύο ελάχιστων σημείων δυναμικής ενέργειας. Τα ελάχιστα σημεία είναι οι ενέργειες των σταθερών αντιδραστηρίων και προϊόντων.

Ακόμη και οι εξώθερμες αντιδράσεις, όπως η καύση ενός κεριού, απαιτούν ενέργεια εισόδου. Στην περίπτωση της καύσης, ένας ανάμικτος αγώνας ή υπερβολική θερμότητα αρχίζει την αντίδραση. Από εκεί, η θερμότητα που εξελίχθηκε από την αντίδραση παρέχει την ενέργεια για να γίνει αυτοσυντηρούμενη.