Plik energia aktywacji chemicznej (z punktu widzenia badań kinetycznych) odnosi się do najmniejszej możliwej ilości energii potrzebnej do rozpoczęcia reakcji chemicznej. Zgodnie z teorią zderzeń w kinetyce chemicznej, mówi się, że wszystkie cząsteczki w ruchu mają określoną ilość energii kinetycznej.
Oznacza to, że im większa prędkość jego ruchu, tym większa wielkość jego energii kinetycznej. W tym sensie cząsteczka, która wykonuje szybki ruch, nie może sama zostać podzielona na fragmenty, więc musi nastąpić zderzenie między nią a inną cząsteczką, aby zaszła reakcja chemiczna..
Kiedy tak się dzieje - gdy dochodzi do zderzenia między cząsteczkami - ułamek ich energii kinetycznej zostaje przekształcony w energię wibracyjną. Podobnie, jeśli na początku procesu energia kinetyczna jest wysoka, cząsteczki uczestniczące w zderzeniu będą wykazywać tak wielką wibrację, że niektóre z obecnych wiązań chemicznych zostaną zerwane..
To zerwanie wiązań stanowi pierwszy krok w przemianie reagentów w produkty; to znaczy w ich tworzeniu. Wręcz przeciwnie, jeśli na początku tego procesu energia kinetyczna będzie miała niewielką wielkość, nastąpi zjawisko „odbicia” cząsteczek, dzięki któremu zostaną one rozdzielone praktycznie w stanie nienaruszonym..
Indeks artykułów
Wychodząc od koncepcji zderzeń między cząsteczkami w celu zainicjowania opisanych wcześniej reakcji chemicznych, można powiedzieć, że do zderzenia wymagana jest minimalna ilość energii..
Tak więc, jeśli wartość energii jest mniejsza niż to niezbędne minimum, po prostu nie będzie zmiany między cząsteczkami po wystąpieniu zderzenia, co oznacza, że gdy ta energia jest nieobecna, zaangażowany gatunek pozostaje praktycznie nienaruszony i nie nastąpi. Żadna zmiana z powodu tej awarii.
W tej kolejności pomysłów minimalna energia potrzebna do zmiany po zderzeniu między cząsteczkami nazywana jest energią aktywacji..
Innymi słowy, cząsteczki biorące udział w zderzeniu muszą mieć całkowitą ilość energii kinetycznej równą lub większą niż energia aktywacji, aby zaszła reakcja chemiczna..
Podobnie w wielu przypadkach cząsteczki zderzają się i tworzą nowy rodzaj zwany aktywowanym kompleksem, strukturę, która jest również nazywana „stanem przejściowym”, ponieważ istnieje tylko tymczasowo..
Jest to spowodowane przez reagenty w wyniku zderzenia i przed utworzeniem produktów reakcji.
Wspomniany powyżej aktywowany kompleks tworzy gatunek, który ma bardzo niską stabilność, ale z kolei ma dużą wielkość energii potencjalnej..
Poniższy diagram przedstawia przemianę reagentów w produkty, wyrażoną w kategoriach energii i zwraca uwagę, że wielkość energii utworzonego aktywowanego kompleksu jest znacznie większa niż energii reagentów i produktów..
Jeżeli pod koniec reakcji produkty mają większą stabilność niż reagenty, to uwolnienie energii następuje w postaci ciepła, dając reakcję egzotermiczną..
Wręcz przeciwnie, jeśli reagenty dają większą stabilność niż produkty, oznacza to, że mieszanina reakcyjna przejawia pochłanianie energii w postaci ciepła z otoczenia, powodując reakcję endotermiczną..
Podobnie, jeśli zdarzy się jeden lub drugi przypadek, należy skonstruować diagram podobny do pokazanego wcześniej, na którym wykreślona jest energia potencjalna układu, który reaguje na postęp lub postęp reakcji..
W ten sposób uzyskuje się potencjalne zmiany energii, które zachodzą w miarę postępu reakcji, a reagenty są przekształcane w produkty..
Energia aktywacji reakcji chemicznej jest ściśle związana ze stałą szybkości tej reakcji, a zależność tej stałej od temperatury jest reprezentowana przez równanie Arrheniusa:
k = Ae-Ea / RT
W tym wyrażeniu k reprezentuje stałą szybkości reakcji (która zależy od temperatury) i parametr DO nazywany jest współczynnikiem częstotliwości i jest miarą częstotliwości zderzeń między cząsteczkami.
Ze swojej strony, i wyraża podstawę szeregu logarytmów naturalnych. Jest podniesiony do potęgi równej ujemnemu ilorazowi energii aktywacji (Ea) pomiędzy iloczynem wynikającym ze stałej gazowej (R) i temperatura bezwzględna (T) systemu do rozważenia.
Należy zauważyć, że współczynnik częstotliwości można uznać za stałą w niektórych układach reakcyjnych w szerokim zakresie temperatur..
To matematyczne wyrażenie pierwotnie przypuszczał holenderski chemik Jacobus Henricus van't Hoff w 1884 roku, ale tym, który nadał mu naukową wartość i zinterpretował jego przesłankę, był szwedzki chemik Svante Arrhenius w 1889 roku..
Równanie Arrheniusa określa bezpośrednią proporcjonalność, która istnieje między stałą szybkości reakcji a częstotliwością zderzeń między cząsteczkami.
Podobnie to równanie można przedstawić w wygodniejszy sposób, stosując właściwość logarytmów naturalnych do każdej strony równania, uzyskując:
ln k = ln A - Ea / RT
Przekształcając wyrazy pod względem uzyskania równania prostej (y = mx + b), uzyskuje się następujące wyrażenie:
ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A
Tak więc, konstruując wykres ln k względem 1 / T, otrzymujemy linię prostą, gdzie ln k reprezentuje współrzędną, a (-Ea / R) reprezentuje nachylenie linii (m), (1 / T) reprezentuje współrzędna x, a ln A reprezentuje punkt przecięcia z osią rzędnych (b).
Jak widać, nachylenie wynikające z tego obliczenia jest równe wartości -Ea / R. Oznacza to, że jeśli chcesz uzyskać wartość energii aktywacji za pomocą tego wyrażenia, musisz przeprowadzić proste wyjaśnienie tego, w wyniku czego:
Ea = -mR
Tutaj wartość m jest znana, a R jest stałą równą 8,314 J / K · mol.
Próbując uzyskać obraz energii aktywacji, można ją uznać za barierę, która nie pozwala na zajście reakcji między cząsteczkami o niższej energii..
Jak w zwykłej reakcji zdarza się, że liczba cząsteczek, które mogą reagować, jest dość duża, prędkość - i równoważnie energia kinetyczna tych cząsteczek - może być bardzo zmienna.
Zwykle zdarza się, że tylko niewielka ilość wszystkich cząsteczek, które doświadczają zderzenia - tych, które mają większą prędkość ruchu - ma wystarczającą energię kinetyczną, aby być w stanie przekroczyć wielkość energii aktywacji. Więc te cząsteczki są dopasowane i mogą być częścią reakcji.
Zgodnie z równaniem Arrheniusa znak ujemny - który poprzedza iloraz energii aktywacji i iloczynu stałej gazu i temperatury bezwzględnej - oznacza, że stała szybkości maleje wraz ze wzrostem energii aktywacji, a także wzrost, gdy temperatura wzrasta.
Aby obliczyć energię aktywacji poprzez zbudowanie wykresu, zgodnie z równaniem Arrheniusa, stałe szybkości reakcji rozkładu aldehydu octowego zostały zmierzone w pięciu różnych temperaturach i pożądane jest określenie energii aktywacji reakcji, która jest wyrażona jako:
CH3CHO (g) → CH4(g) + CO (g)
Dane z pięciu pomiarów są następujące:
k (1 / M1/2S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789
T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810
W pierwszej kolejności, aby rozwiązać tę niewiadomą i wyznaczyć energię aktywacji, należy skonstruować wykres ln k vs 1 / T (y vs x), aby otrzymać linię prostą i stąd wziąć nachylenie i znaleźć wartość Ea , jak wyjaśniono.
Przekształcając dane pomiarowe, zgodnie z równaniem Arrheniusa [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A], otrzymujemy następujące wartości odpowiednio dla y i x:
ln k: (-4,51) - (-3,35) - (-2,254) - (-1,070) - (-0,237)
1 / T (K-1): 1,43 * 10-3 - 1,37 * 10-3 - 1,32 * 10-3 - 1,27 * 10-3 - 1,23 * 10-3
Na podstawie tych wartości i za pomocą matematycznego obliczenia nachylenia - w komputerze lub w kalkulatorze, za pomocą wyrażenia m = (Ydwa-Y1) / (Xdwa-X1) lub metodą regresji liniowej - otrzymujemy, że m = -Ea / R = -2,09 * 104 K. Zatem:
Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 104 K)
= 1,74 * 105 = 1,74 * 10dwa kJ / mol
Aby określić inne energie aktywacji w sposób graficzny, przeprowadza się podobną procedurę.
Jeszcze bez komentarzy