Aktiveringsenergi er den mængde energi, der skal leveres for at en kemisk reaktion kan fortsætte. Eksempelproblemet nedenfor viser, hvordan man bestemmer aktiveringsenergien for en reaktion fra reaktionshastighedskonstanter ved forskellige temperaturer.
Aktiveringsenergiproblem
En reaktion af anden orden blev observeret. Det reaktionshastighed konstant ved tre grader Celsius viste sig at være 8,9 x 10-3 L / mol og 7,1 x 10-2 L / mol ved 35 grader Celsius. Hvad er aktiveringsenergien i denne reaktion?
Løsning
Det aktiveringsenergi kan bestemmes ved hjælp af ligningen:
ln (k2/ k1) = E-en/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
hvor
E-en = reaktionsens aktiveringsenergi i J / mol
R = den ideelle gaskonstant = 8,3145 J / K · mol
T1 og T2 = absolutte temperaturer (i Kelvin)
k1 og k2 = reaktionshastighedskonstanterne ved T1 og T2
Trin 1: Konverter temperaturer fra grader Celsius til Kelvin
T = grader Celsius + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Trin 2 - Find E-en
ln (k2/ k1) = E-en/ R x (1 / T
ln (7,1 x 10)-2/8,9 x 10-3) = E-en/8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = E-en/8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = E-en(4,52 x 10-5 mol / J)
E-en = 4,59 x 104 J / mol
eller i kJ / mol, (divider med 1000)
E-en = 45,9 kJ / mol
Svar: Aktiveringsenergien til denne reaktion er 4,59 x 104 J / mol eller 45,9 kJ / mol.
Sådan bruges en graf til at finde aktiveringsenergi
En anden måde at beregne en reaktions aktiveringsenergi er at tegne ln k (hastighedskonstanten) versus 1 / T (det inverse af temperaturen i Kelvin). Plottet danner en lige linje udtrykt ved ligningen:
m = - E-en/ R
hvor m er linjenes hældning, er Ea aktiveringsenergien, og R er den ideelle gaskonstant på 8.314 J / mol-K. Hvis du foretog temperaturmålinger i Celsius eller Fahrenheit, skal du huske at konvertere dem til Kelvin, før du beregner 1 / T og tegner grafen.
Hvis du skulle tegne et plot af reaktionens energi kontra reaktionskoordinat, er forskellen mellem energien i reaktanter og produkterne ville være ΔH, mens overskydende energi (den del af kurven over produkternes) ville være aktiveringen energi.
Husk, mens de fleste reaktionshastigheder stiger med temperaturen, er der nogle tilfælde, hvor reaktionshastigheden falder med temperaturen. Disse reaktioner har negativ aktiveringsenergi. Så selvom du skulle forvente, at aktiveringsenergi er et positivt tal, skal du være opmærksom på, at det også er muligt for det at være negativt.
Hvem opdagede aktiveringsenergi?
Svensk videnskabsmand Svante Arrhenius foreslog udtrykket "aktiveringsenergi" i 1880 for at definere den minimale energi, der er nødvendig for et sæt kemiske reaktanter til at interagere og danne produkter. I et diagram er aktiveringsenergien tegnet som højden af en energibarriere mellem to minimumspunkter for potentiel energi. Minimumspunkterne er energierne i de stabile reaktanter og produkter.
Selv eksoterme reaktioner, såsom forbrænding af et stearinlys, kræver energitilførsel. I tilfælde af forbrænding starter en tændt tændstik eller ekstrem varme reaktionen. Derfra leverer varmen, der udvikles fra reaktionen, energien til at gøre den selvbærende.