Aktivizācijas enerģija ir minimālā summa enerģija nepieciešams, lai sāktu a reakcija. Tas ir potenciālās enerģijas barjeras augstums starp reaģentu un produktu potenciālās enerģijas minimumiem. Aktivizācijas enerģiju apzīmē ar Ea un parasti tajā ir kilodžoulu vienības uz mol (kJ / mol) vai kilokalorijas uz mol (kcal / mol). Terminu "aktivizācijas enerģija" ieviesa zviedru zinātnieks Svante Arrhenius 1889. gadā. Arrhenius vienādojums aktivizācijas enerģiju saista ar likme kurā notiek ķīmiskā reakcija:
k = Ae-Ea / (RT)
kur k ir reakcijas ātruma koeficients, A ir reakcijas frekvences koeficients, e ir irracionālais skaitlis (aptuveni vienāds ar 2,718), Ea ir aktivizācijas enerģija, R ir universālā gāzes konstante, un T ir absolūtā temperatūra (Kelvins).
No Arrhenius vienādojuma var redzēt, ka reakcijas ātrums mainās atkarībā no temperatūras. Parasti tas nozīmē, ka ķīmiskā reakcija ātrāk notiek augstākā temperatūrā. Tomēr ir daži "negatīvas aktivizācijas enerģijas" gadījumi, kad reakcijas ātrums samazinās līdz ar temperatūru.
Kāpēc nepieciešama aktivizācijas enerģija?
Ja jūs sajaucat kopā divas ķimikālijas, starp reaģenta molekulām, lai iegūtu produktus, dabiski notiks tikai neliels skaits sadursmju. Tas jo īpaši attiecas uz molekulām zema kinētiskā enerģija. Tātad, pirms ievērojamu daļu reaģentu var pārveidot produktos, ir jāpārvar sistēmas brīvā enerģija. Aktivizācijas enerģija dod reakciju, kas nepieciešama, lai sāktu darbību. Pat eksotermiskas reakcijas lai sāktu, nepieciešama aktivizācijas enerģija. Piemēram, koka kaudze pati nesāks degt. Apgaismots mačs var nodrošināt aktivizācijas enerģiju degšanas sākšanai. Tiklīdz sākas ķīmiskā reakcija, reakcijas izdalītais siltums nodrošina aktivizācijas enerģiju, lai vairāk reaģenta pārvērstos produktā.
Dažreiz ķīmiskā reakcija notiek, nepievienojot papildu enerģiju. Šajā gadījumā reakcijas aktivizācijas enerģiju parasti piegādā siltums no apkārtējās vides temperatūras. Karstums palielina reaģējošo molekulu kustību, uzlabojot to sadursmes iespējas un palielinot sadursmju spēku. Kombinācija padara ticamāku, ka saites starp reaģentu saplīst, ļaujot veidot produktus.
Katalizatori un aktivizācijas enerģija
Vielu, kas samazina ķīmiskās reakcijas aktivizācijas enerģiju, sauc par a katalizators. Būtībā katalizators darbojas, mainot reakcijas pārejas stāvokli. Katalizatorus neizmanto ķīmiskā reakcija, un tie nemaina reakcijas līdzsvara konstantu.
Saistība starp aktivizācijas enerģiju un Gibsa enerģiju
Aktivizācijas enerģija ir termins Arrhenius vienādojumā, ko izmanto, lai aprēķinātu enerģiju, kas nepieciešama pārejas stāvokļa pārvarēšanai no reaģentiem uz produktiem. Eiringa vienādojums ir vēl viena sakarība, kas raksturo reakcijas ātrumu, izņemot to, ka tā vietā, lai izmantotu aktivizācijas enerģiju, tā ietver pārejas stāvokļa Gibsa enerģiju. Pārejas stāvokļa faktoru Gibsa enerģija gan reakcijas entalpijā, gan entropijā. Aktivizācijas enerģija un Gibsa enerģija ir savstarpēji saistītas, bet nav savstarpēji aizvietojamas.