Energija aktivacije je količina energije koju treba dostaviti da bi se kemijska reakcija nastavila. Primjer problema pokazuje kako odrediti energiju aktivacije reakcije iz konstanta brzine reakcije na različitim temperaturama.
Problem s aktiviranjem energije
Uočena je reakcija drugog reda. brzina reakcije utvrđeno je da je konstanta na tri stupnja Celzija 8,9 x 10-3 L / mol i 7,1 x 10-2 L / mol na 35 Celzijevih stupnjeva. Kolika je energija aktivacije ove reakcije?
Riješenje
energija aktivacije može se odrediti jednadžbom:
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T)1 - 1 / T2)
gdje
E = energija aktivacije reakcije u J / mol
R = konstanta idealnog plina = 8,3145 J / K · mol
T1 i T2 = apsolutne temperature (u Kelvinima)
k1 i k2 = konstante brzine reakcije na T1 i T2
Korak 1: Pretvorite temperaturu iz Celzijevih stupnjeva u Kelvin
T = stupnjeva Celzija + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvina
Korak 2 - Pronađi E
ln (k2/ k1) = E/ R x (1 / T)1 - 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/8.3145 J / K · mol x 3.76 x 10-4 K-1
2.077 = E(4,52 x 10-5 mol / J)
E = 4,59 x 104 J / mol
ili u kJ / mol, (podijeliti sa 1000)
E = 45,9 kJ / mol
Odgovor: Energija aktivacije za ovu reakciju je 4,59 x 104 J / mol ili 45,9 kJ / mol.
Kako koristiti grafikon za pronalaženje energije aktiviranja
Drugi način izračunavanja energije aktivacije reakcije je grafikon ln k (konstantna brzina) naspram 1 / T (obrnuto temperatura u Kelvinu). Crtež će tvoriti ravnu liniju izraženu jednadžbom:
m = - E/ R
gdje je m nagib linije, Ea je energija aktivacije, a R je idealna konstanta plina od 8.314 J / mol-K. Ako ste mjerili temperaturu u Celzijusu ili Fahrenheitu, sjetite se pretvoriti ih u Kelvin prije izračunavanja 1 / T i iscrtati grafikon.
Ako biste napravili crtanje energije reakcije nasuprot koordinate reakcije, razlika između energije reakcije reaktanata i produkti bi bili ΔH, dok bi višak energije (dio krivulje iznad onoga proizvoda) bio aktivacija energija.
Imajte na umu, dok se većina brzina reakcije povećava s temperaturom, postoje slučajevi gdje brzina reakcije opada s temperaturom. Ove reakcije imaju negativnu energiju aktivacije. Stoga, iako biste trebali očekivati da će energija aktivacije biti pozitivan broj, budite svjesni da je moguće i da ona bude negativna.
Tko je otkrio aktivacijsku energiju?
Švedski znanstvenik Svante Arrhenius 1880. predložio je izraz "energija aktivacije" kako bi se definirala minimalna energija potrebna za interakciju i oblikovanje proizvoda od kemijskih reaktanata. U dijagramu se energija aktiviranja prikazuje kao visina energetske barijere između dvije minimalne točke potencijalne energije. Minimalne bodove su energije stabilnih reaktanata i produkata.
Čak i egzotermne reakcije, poput paljenja svijeće, zahtijevaju unos energije. U slučaju izgaranja, reakcija pokreće upaljenu šibicu ili ekstremnu toplinu. Odatle, toplina koja je nastala reakcijom opskrbljuje energijom kako bi se samoodržila.