Energia aktywacji

Energia aktywacji – jest podawaną często w przeliczeniu na 1 mol substancji wielkością bariery energetycznej (w skali mikroskopowej – bariera potencjału), którą musi pokonać układ reagujących indywiduów chemicznych, aby doszło do reakcji chemicznej.

Zależność energii aktywacji (Ea) od kierunku reakcji i wpływ katalizatora; X, Y – reagenty, ΔH – entalpia swobodna reakcji

Energię aktywacji dla reakcji można wyznaczyć na podstawie równania Arrheniusa, opisującego zależność szybkości reakcji od temperatury:

k = A e − E a / R T , {\displaystyle k=Ae^{{-E_{a}}/{RT}},}
E a = − R T ln ⁡ ( k A ) , {\displaystyle E_{a}=-RT\ln \left({\frac {k}{A}}\right),}

gdzie:

  • k {\displaystyle k} – stała szybkości reakcji,
  • A {\displaystyle A} – stała dla danej reakcji, zwana też czynnikiem przedwykładniczym,
  • R {\displaystyle R} – (uniwersalna) stała gazowa,
  • T {\displaystyle T} – temperatura.

Zachodzi więc bezpośredni związek między energią aktywacji i szybkością reakcji: im E a {\displaystyle E_{a}} mniejsze, tym szybkość ta większa. Katalizatory obniżają energię aktywacji przez tworzenie kompleksów przejściowych z substratami. Oprócz tego energia ta jest zależna od wielu czynników.

Przykłady

  • tlen zmieszany z wodorem w temperaturze pokojowej nie reaguje: chociaż bilans energetyczny reakcji jest korzystny, aby reakcja zaszła cząsteczki muszą zderzyć się z odpowiednią energią, co pozwoli pokonać im barierę potencjału. Rozkład Boltzmanna określa, jaka część cząsteczek w danej temperaturze jest w stanie pokonać tę barierę. Jeżeli takich cząsteczek jest zbyt mało, wówczas energia uzyskana w tych bardzo rzadkich zderzeniach efektywnych – czyli tych, w których doszło do reakcji (decyduje o tym nie tylko energia, ale również np. kąty zderzenia i to, czy są to zderzenia centralne itd.) – jest rozpraszana w zderzeniach z pozostałymi zimnymi (niskoenergetycznymi) cząsteczkami układu. Reakcja będzie zachodzić, gdy:
    • proporcja O2:H2 będzie w odpowiednim zakresie (nadmiar/niedomiar jednego ze składników zmniejsza prawdopodobieństwo efektywnych zderzeń),
    • układowi zostanie lokalnie dostarczona dodatkowa energia, dostatecznie duża, aby nie rozproszyła się w zderzeniach z zimnymi cząsteczkami układu (iskra elektryczna, płomień),
    • zostanie wykorzystany odpowiedni katalizator zmniejszający energię aktywacji (zobacz ogniwo paliwowe).

Zobacz też

Zobacz multimedia związane z tematem: Energia aktywacji
Kontrola autorytatywna (wymóg projektowy):
  • GND: 4195878-0