Energija aktivacije je najmanji iznos od energija potreban za pokretanje a reakcija. To je visina barijere potencijalne energije između minimalnih energetskih minimuma reaktanata i proizvoda. Energija aktivacije označena je s E i obično ima jedinice kilodžula po molu (kJ / mol) ili kilokalorija po molu (kcal / mol). Izraz "aktivacijska energija" uveo je švedski znanstvenik Svante Arrhenius 1889. godine. Arrheniusova jednadžba odnosi energiju aktivacije na stopa kod kojih se odvija kemijska reakcija:
k = Ae-Ea / (RT)
gdje je k koeficijent brzine reakcije, A je faktor učestalosti reakcije, e je iracionalni broj (približno jednak 2.718), E je energija aktivacije, R je univerzalna konstanta plina, a T je apsolutna temperatura (Kelvin).
Iz Arrheniusove jednadžbe vidi se da se brzina reakcije mijenja ovisno o temperaturi. Obično to znači da se kemijska reakcija brže odvija pri višoj temperaturi. Postoji, međutim, nekoliko slučajeva "negativne energije aktiviranja", gdje se brzina reakcije smanjuje s temperaturom.
Zašto je potrebna energija aktivacije?
Ako pomiješate dvije kemikalije, samo mali broj sudara će se prirodno dogoditi između molekula reaktanata kako bi se napravili proizvodi. To je osobito istinito ako molekule imaju niska kinetička energija. Dakle, prije nego što se značajan udio reaktanata može pretvoriti u proizvode, mora se svladati slobodna energija sustava. Energija aktivacije daje reakciju koja je potrebna dodatni pritisak da biste se uputili. Čak egzotermne reakcije zahtijevaju energiju za aktivaciju da biste započeli. Na primjer, hrpa drva neće početi samostalno sagorijevati. Osvijetljena šibica može osigurati energiju aktiviranja za pokretanje izgaranja. Jednom kada kemijska reakcija započne, toplina oslobođena reakcijom daje energiju aktivacije za pretvaranje više reaktanata u proizvod.
Ponekad se kemijska reakcija odvija bez dodavanja dodatne energije. U tom se slučaju aktivirajuća energija reakcije obično opskrbljuje toplinom iz okoline. Toplina povećava gibanje molekula reaktanata, poboljšavajući njihovu vjerojatnost sudaranja i povećavajući silu sudara. Kombinacija čini vjerojatnijim da će se veze između reaktanta raspasti, što omogućava stvaranje proizvoda.
Katalizatori i energija aktivacije
Tvar koja smanjuje energiju aktivacije kemijske reakcije naziva se a katalizator. U osnovi katalizator djeluje modificirajući prijelazno stanje reakcije. Katalizatori se ne troše kemijskom reakcijom i ne mijenjaju ravnotežnu konstantu reakcije.
Odnos između energije aktivacije i Gibbsove energije
Energija aktivacije je pojam u Arrheniusovoj jednadžbi koji se koristi za izračunavanje energije potrebne za prevladavanje stanja prijelaza iz reaktanata u produkte. Eyringova jednadžba je drugi odnos koji opisuje brzinu reakcije, osim što umjesto korištenja energije aktivacije, uključuje Gibbsovu energiju prijelaznog stanja. Gibbsova energija faktora prijelaznog stanja i u entalpiji i u entropiji reakcije. Energija aktivacije i Gibbsova energija su povezane, ali nisu međusobno zamjenjive.