Aktivointienergia on energian määrä, joka on toimitettava, jotta kemiallinen reaktio etenee. Alla oleva esimerkki-ongelma osoittaa, kuinka määrittää reaktion aktivointienergia reaktionopeuden vakioista eri lämpötiloissa.
Aktivointienergiaongelma
Toisen asteen reaktio havaittiin. reaktionopeus vakion kolmesta celsiusasteesta havaittiin olevan 8,9 x 10-3 L / mol ja 7,1 x 10-2 L / mol 35 asteessa. Mikä on tämän reaktion aktivointienergia?
Ratkaisu
aktivointienergia voidaan määrittää yhtälöllä:
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
missä
E = reaktion aktivointienergia J / mol: na
R = ihanteellinen kaasuvakio = 8,3145 J / K · mol
T1 ja T2 = absoluuttiset lämpötilat (kelvininä)
K1 ja k2 = reaktionopeusvakiot T: ssä1 ja T2
Vaihe 1: Muunna lämpötilat Celsius-asteista Kelviniin
T = celsiusaste + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Vaihe 2 - Etsi E
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = E/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = E
2,077 = E(4,52 x 10-5 mol / J)
E = 4,59 x 104 J / mol
tai kJ / mol, (jaa 1000: lla)
E = 45,9 kJ / mol
Vastaus: Tämän reaktion aktivointienergia on 4,59 x 104 J / mol tai 45,9 kJ / mol.
Kuinka käyttää kuvaajaa aktivointienergian löytämiseen
Toinen tapa laskea reaktion aktivointienergia on kaavio ln k (nopeusvakio) verrattuna 1 / T (lämpötilan käänteinen kelvinissä). Tontti muodostaa suoran, joka ilmaistaan yhtälöllä:
m = - E/ R
missä m on linjan kaltevuus, Ea on aktivointienergia ja R on ihanteellinen kaasuvakio 8,314 J / mol-K. Jos olet tehnyt lämpötilan mittauksia Celsiuksessa tai Fahrenheitissä, muista muuntaa ne kelviniksi ennen laskettua 1 / T ja piirtää kuvaajaa.
Jos teet kuvaajan reaktion energiasta verrattuna reaktion koordinaatteihin, ero energian välillä reagenssit ja tuotteet olisivat ΔH, kun taas ylimääräinen energia (käyrän osa, joka ylittää tuotteiden vastaavan) olisi aktivointi energiaa.
Pidä mielessä, että vaikka suurin osa reaktionopeuksista nousee lämpötilan kanssa, on joissain tapauksissa reaktionopeus laskua lämpötilan kanssa. Näillä reaktioilla on negatiivinen aktivointienergia. Joten, vaikka sinun pitäisi odottaa aktivointienergian olevan positiivinen luku, huomaa, että se voi olla myös negatiivinen.
Kuka löysi aktivointienergian?
Ruotsalainen tutkija Svante Arrhenius ehdotti termiä "aktivointienergia" vuonna 1880 määrittelemään vähimmäisenergia, joka tarvitaan joukolle kemiallisia reagensseja vuorovaikutukseen ja tuotteiden muodostamiseen. Kaaviossa aktivointienergia on kaavailtu energiaesteen korkeudeksi kahden potentiaalienergian minimipisteen välillä. Vähimmäispisteet ovat stabiilien reagenssien ja tuotteiden energiat.
Jopa eksotermiset reaktiot, kuten kynttilän polttaminen, vaativat energian syöttämistä. Palamisen tapauksessa palava ottelu tai voimakas lämpö alkaa reaktion. Sieltä reaktiosta kehittynyt lämpö toimittaa energiaa itsensä ylläpitämiseksi.