ЕНЕРГИЈА ХЕМИЈСКЕ АКТИВАЦИЈЕ: ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ, ПРОРАЧУН - ХЕМИЈА - 2025

Енергија хемијске активације (са становишта кинетичких студија) се односи на најмањом количином енергије потребне за покретање хемијску реакцију. Према теорији судара у хемијској кинетики, за све молекуле који су у покрету кажу да имају одређену количину кинетичке енергије.

То значи да што је већа брзина његовог кретања, то је већа величина његове кинетичке енергије. У том смислу, молекул који врши брзо кретање не може се сам поделити на фрагменте, па мора доћи до судара између њега и другог молекула да би дошло до хемијске реакције.

Када се то догоди - када дође до судара између молекула - део њихове кинетичке енергије трансформише се у вибрациону енергију. Исто тако, ако је на почетку процеса кинетичка енергија велика, молекули који учествују у судару ће представити тако велику вибрацију да ће се неке од присутних хемијских веза разбити.

Разбијање веза представља први корак у трансформацији реактаната у производе; односно у формирању ових. Супротно томе, ако је на почетку овог процеса кинетичка енергија малог обима, доћи ће до феномена „поновног одвикавања“ молекула, кроз који ће се одвојити практично нетакнути.

Од чега се састоји?

Полазећи од концепта судара између молекула за покретање хемијских реакција претходно описаног, може се рећи да постоји минимална количина енергије која је потребна да се судар догоди.

Дакле, ако је енергетска вредност мања од овог неопходног минимума, једноставно неће доћи до измене између молекула након судара, што значи да када та енергија изостане, укључене врсте остају практично нетакнуте и неће се догодити. било какве промене услед овог пада.

У овом редоследу идеја, минимална енергија потребна за промену која настаје након судара између молекула назива се активациона енергија.

Другим речима, молекули који учествују у судару морају да поседују укупну количину кинетичке енергије једнаке или веће од енергије активирања да би дошло до хемијске реакције.

Исто тако, у многим случајевима се молекули сударају и настају нова врста која се зове активирани комплекс, структура која се такође назива "прелазно стање", јер постоји само привремено.

Изазива га реактивна врста услед судара и пре формирања продуката реакције.

Активирани комплекс

Споменути активирани комплекс формира врсту која има врло ниску стабилност, али која заузврат има велику величину потенцијалне енергије.

Следећи дијаграм приказује трансформацију реактаната у производе, изражене у енергији и напоменувши да је величина енергије активираног комплекса који се формира знатно већа од енергије реактаната и производа.

Ако на крају реакције производи имају већу стабилност од реактивних супстанци, долази до ослобађања енергије у облику топлоте, што даје егзотермну реакцију.

Супротно томе, ако реактанти резултирају са стабилношћу већом величином од производа, то значи да реакциона смеша манифестује апсорпцију енергије у облику топлоте из своје околине, што резултира ендотермичком реакцијом.

Слично томе, ако се догоди један или други случај, мора се конструирати дијаграм попут раније приказаног, на којем се црта потенцијална енергија система која реагује против напретка или напретка реакције.

Овако се добијају потенцијалне енергетске промене које настају током реакције и реактаната се претварају у производе.

Како се израчунава?

Енергија активирања хемијске реакције уско је повезана са константом брзине наведене реакције, а зависност те константе у односу на температуру представљена је Арренијевом једначином:

к = Ае- ^{Еа / РТ}

У овом изразу к представља константу брзине реакције (која зависи од температуре), а параметар А се назива фактор фреквенције и мери за фреквенцију судара између молекула.

Са своје стране, е изражава основу у низу природних логаритми. Она се подиже на снагу једнаку негативном квоцијенту активацијске енергије (Еа) између резултирајућег продукта гасне константе (Р) и апсолутне температуре (Т) система који се разматра.

Треба напоменути да се фактор фреквенције може сматрати константом у одређеним реакцијским системима у широком температурном опсегу.

Овај математички израз првобитно је претпоставио холандски хемичар Јацобус Хенрицус ва'т Хофф 1884. године, али онај који му је дао научну ваљаност и протумачио његову премису био је шведски хемичар Сванте Аррхениус, 1889.

Прорачун енергије активације хемијске реакције

Арренијева једначина одређује директну пропорционалност која постоји између константе брзине реакције и учесталости судара између молекула.

Слично томе, ова једначина може се представити на погоднији начин применом својства природних логаритми на сваку страну једначине, добивајући:

лн к = лн А - Еа / РТ

Када су појмови преуређени у смислу добијања једначине линије (и = мк + б), добија се следећи израз:

лн к = (- Еа / Р) (1 / Т) + лн А

Дакле, када се конструише граф од лн к наспрам 1 / Т, добија се равна линија, где лн к представља координату, а (-Еа / Р) представља нагиб линије (м), (1 / Т) представља к координатну линију, а лн А представља пресретање са ординатном оси (б).

Као што се може видети, нагиб који је резултат овог израчуна је једнак вредности –Еа / Р. То подразумева да, ако желите да добијете вредност енергије за активирање помоћу овог израза, морате извршити једноставно појашњење, што резултира следећим:

Еа = –МР

Овде знамо да је вредност м и Р константа једнака 8.314 Ј / К · мол.

Како енергија активације утиче на брзину реакције?

Када покушавате да добијете слику активацијске енергије, она се може видети као баријера која не дозвољава да се појави реакција између молекула нижих енергија.

Као што се у уобичајеној реакцији дешава да је број молекула који могу реаговати прилично велик, брзина - и еквивалентно, кинетичка енергија ових молекула - може бити веома променљива.

Обично се дешава да само мала количина укупности молекула који доживе судар - оних који имају већу брзину покрета - има довољно кинетичке енергије да буде у стању да премаши магнитуде енергије активације. Дакле, ови молекули су спремни и могу да буду део реакције.

Према Арренијевој једначини, негативни знак - који претходи квоцијенту између активацијске енергије и продукта гасне константе и апсолутне температуре - подразумева да се константна брзина смањује како долази до повећања енергије активације, као и раст када температура расте.

Примјери израчунавања енергије активације

Да би се израчунала енергија активације конструкцијом графа, према Аррхениусовој једначини, константе брзине реакције распадања ацеталдехида су измерене на пет различитих температура и пожељно је одредити енергију активације за реакцију, која се изражава као:

ЦХ ₃ ЦХО (г) → ЦХ ₄ (г) + ЦО (г)

Подаци за пет мерења су следећи:

к (1 / М ^1/2 с): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

Т (К): 700 - 730 - 760 - 790 - 810

Пре свега, да би се решило ово непознато и одредила енергија активације, мора се направити граф лн к вс 1 / Т (и вс к), да би се добила равна линија и одавде се направио нагиб и пронашла вредност Еа, као што је објашњено

Трансформишући податке мерења, према Арренијевој једначини, следеће вредности налазе се за и и к, респективно:

лн к: (-4,51) - (-3,35) - (-2,254) - (-1,070) - (-0,237)

1 / Т (К ^-1 ): 1,43 * 10 ^-3 - 1,37 * 10 ^-3 - 1,32 * 10 ^-3 - 1,27 * 10 ^-3 - 1,23 * 10 ^-3

Из тих вредности и кроз математички прорачун нагиба - било на рачунару или калкулатору, користећи израз м = (И ₂ -И ₁ ) / (Кс ₂ -Кс ₁ ) или користећи метод линеарне регресије - добијамо да је м = -Еа / Р = -2,09 * 10 ⁴ К. Дакле:

Еа = (8,314 Ј / К мол) (2,09 * 10 ⁴ К)

= 1,74 * 10 ⁵ = 1,74 * 10 ² кЈ / мол

Да би се графички одредиле остале енергије активирања, изводи се сличан поступак.

Референце

1. Википедиа. (сф) Енергија активације. Опоравак са ен.википедиа.орг
2. Цханг, Р. (2007). Хемија, девето издање. Мексико: МцГрав-Хилл.
3. Британница, Е. (друго). Енергија активације. Преузето са британница.цом
4. Мооре, ЈВ и Пеарсон, РГ (1961). Кинетика и механизам. Опоравак од боокс.гоогле.цо.ве
5. Каесцхе, Х. (2003). Корозија метала: физикално-хемијски принципи и тренутни проблеми. Добијено од боокс.гоогле.цо.ве