Aktivointienergia on vähimmäismäärä energia vaaditaan aloittamaan reaktio. Se on potentiaalisen energian esteen korkeus reagenssien ja tuotteiden potentiaalisen energian minimien välillä. Aktivointienergia merkitään E: llä ja siinä on tyypillisesti yksikköä kilojouleja moolia kohti (kJ / mol) tai kilokaloreita moolia kohti (kcal / mol). Ruotsin tutkija Svante Arrhenius otti vuonna 1889 käyttöön termin "aktivointienergia". Arrhenius-yhtälö liittyy aktivointienergiaan nopeus jossa kemiallinen reaktio etenee:
k = Ae-Ea / (RT)
missä k on reaktionopeuskerroin, A on reaktion taajuuskerroin, e on irrationaalinen luku (suunnilleen yhtä suuri kuin 2,718), E on aktivointienergia, R on yleinen kaasuvakio ja T on absoluuttinen lämpötila (Kelvin).
Arrhenius-yhtälöstä voidaan nähdä, että reaktionopeus muuttuu lämpötilan mukaan. Normaalisti tämä tarkoittaa, että kemiallinen reaktio etenee nopeammin korkeassa lämpötilassa. On kuitenkin muutamia tapauksia "negatiivisesta aktivointienergiasta", joissa reaktionopeus laskee lämpötilan mukana.
Miksi aktivointienergiaa tarvitaan?
Jos sekoitat kaksi kemikaalia, reagoivien molekyylien välillä tapahtuu luonnollisesti vain pieni määrä törmäyksiä tuotteiden valmistamiseksi. Tämä on erityisen totta, jos molekyyleillä on matala kineettinen energia. Joten ennen kuin merkittävä osa reagensseista voidaan muuttaa tuotteiksi, järjestelmän vapaa energia on voitettava. Aktivointienergia antaa reaktion, jota tarvitaan vain vähän ylimääräistä työntää menemään. Jopa eksotermiset reaktiot vaatii aktivointienergiaa aloittamiseksi. Esimerkiksi puupino ei ala polttaa yksinään. Valaistu ottelu voi tarjota aktivointienergian palamisen aloittamiseksi. Kun kemiallinen reaktio alkaa, reaktion vapauttama lämpö tarjoaa aktivointienergian muuntaakseen enemmän reagenssia tuotteeksi.
Joskus kemiallinen reaktio etenee lisäämättä ylimääräistä energiaa. Tässä tapauksessa reaktion aktivointienergia toimitetaan yleensä lämmöllä ympäristön lämpötilasta. Lämpö lisää reagoivien molekyylien liikettä, parantaen niiden todennäköisyyttä törmätä keskenään ja lisäämällä törmäysten voimaa. Yhdistelmä tekee todennäköisemmäksi, että reagenssien väliset sidokset hajoavat, mikä mahdollistaa tuotteiden muodostumisen.
Katalyytit ja aktivointienergia
Aine, joka alentaa kemiallisen reaktion aktivointienergiaa, kutsutaan a: ksi katalyytti. Periaatteessa katalyytti toimii muokkaamalla reaktion siirtymätilaa. Kemiallinen reaktio ei kuluta katalyyttejä, eivätkä ne muuta reaktion tasapainovakioita.
Aktivointienergian ja Gibbs-energian välinen suhde
Aktivointienergia on termi Arrhenius-yhtälössä, jota käytetään laskettaessa energiaa, joka tarvitaan reagoivista aineista tuotteisiin siirtymisen tilan voittamiseen. Eyring-yhtälö on toinen suhde, joka kuvaa reaktionopeutta, paitsi että aktivointienergian käytön sijasta se sisältää siirtymätilan Gibbs-energian. Siirtymätilan tekijöiden Gibbs-energia sekä reaktion entalpiassa että entropiassa. Aktivointienergia ja Gibbs-energia ovat toisiinsa liittyviä, mutta eivät keskenään vaihdettavissa.