ENERGIA CHEMICKEJ AKTIVÁCIE: Z ČOHO POZOSTÁVA, VÝPOČET - CHÉMIA - 2026

Energia chemickú aktiváciou (z hľadiska kinetickej štúdie) sa vzťahuje na najmenej množstvo energie potrebnej na spustenie chemickej reakcie. Podľa teórie zrážok v chemickej kinetike sa uvádza, že všetky molekuly, ktoré sú v pohybe, majú určité množstvo kinetickej energie.

To znamená, že čím vyššia je rýchlosť jeho pohybu, tým väčšia je veľkosť jeho kinetickej energie. V tomto zmysle molekula, ktorá nesie rýchly pohyb, sa nemôže rozdeliť na fragmenty sama osebe, takže musí dôjsť ku kolízii medzi ňou a inou molekulou, aby sa mohla uskutočniť chemická reakcia.

Keď k tomu dôjde - keď dôjde ku kolízii medzi molekulami - časť ich kinetickej energie sa zmení na vibračnú energiu. Podobne, ak je na začiatku procesu kinetická energia vysoká, molekuly, ktoré sa zúčastňujú kolízie, budú predstavovať také veľké vibrácie, že niektoré prítomné chemické väzby budú prerušené.

Toto prerušenie väzieb predstavuje prvý krok v premene reaktantov na produkty; to znamená, pri ich formovaní. Naopak, ak je na začiatku tohto procesu kinetická energia malej veľkosti, bude sa vyskytovať fenomén „rebound“ molekúl, prostredníctvom ktorého sa budú oddeľovať prakticky neporušené.

Z čoho pozostáva?

Vychádzajúc z konceptu zrážok medzi molekulami na iniciovanie skôr opísaných chemických reakcií je možné povedať, že na uskutočnenie zrážky je potrebné minimálne množstvo energie.

Ak je teda energetická hodnota nižšia ako toto nevyhnutné minimum, po zrážke nedôjde k žiadnym zmenám medzi molekulami, čo znamená, že keď táto energia chýba, zostane príslušný druh prakticky nedotknutý a nestane sa. akákoľvek zmena v dôsledku tejto havárie.

V tomto poradí nápadov sa minimálna energia, ktorá je potrebná na zmenu po zrážke medzi molekulami, nazýva aktivačná energia.

Inými slovami, molekuly zapojené do kolízie musia mať celkové množstvo kinetickej energie rovnaké alebo väčšie ako aktivačná energia, aby mohla nastať chemická reakcia.

Podobne v mnohých prípadoch sa molekuly zrážajú a vytvárajú nový druh nazývaný aktivovaný komplex, štruktúru, ktorá sa tiež nazýva „prechodný stav“, pretože existuje iba dočasne.

Je to spôsobené reagujúcimi druhmi v dôsledku kolízie a pred tvorbou reakčných produktov.

Aktivovaný komplex

Spomenutý aktivovaný komplex tvorí druh, ktorý má veľmi nízku stabilitu, ale ktorý má zase veľkú potenciálnu energiu.

Nasledujúci diagram ukazuje transformáciu reaktantov na produkty vyjadrené z hľadiska energie a poznamenáva, že veľkosť energie vytvoreného aktivovaného komplexu je podstatne väčšia ako veľkosť reaktantov a produktov.

Ak majú produkty na konci reakcie väčšiu stabilitu ako reaktívne látky, dochádza k uvoľňovaniu energie vo forme tepla, čo vedie k exotermickej reakcii.

Naopak, ak reakčné zložky vedú k stabilite väčšej ako produkty, znamená to, že reakčná zmes prejavuje absorpciu energie vo forme tepla z okolia, čo vedie k endotermickej reakcii.

Podobne, ak dôjde k jednému alebo druhému prípadu, musí sa skonštruovať diagram, ako je ten, ktorý bol predtým zobrazený, kde je vynesená potenciálna energia systému, ktorá reaguje proti postupu alebo postupu reakcie.

Takto sa získajú potenciálne energetické zmeny, ktoré nastanú v priebehu reakcie a reaktanty sa transformujú na produkty.

Ako sa počíta?

Aktivačná energia chemickej reakcie úzko súvisí s rýchlostnou konštantou uvedenej reakcie a závislosť tejto konštanty od teploty predstavuje Arrheniova rovnica:

k = Ae ^{-Ea / RT}

V tomto vyjadrení k predstavuje rýchlostnú konštantu reakcie (ktorá závisí od teploty) a parameter A sa nazýva frekvenčný faktor a je mierou frekvencie zrážok medzi molekulami.

Čo sa týka časti e, predstavuje základ série prírodných logaritmov. Zvyšuje sa na výkon rovnajúci sa zápornému kvocientu aktivačnej energie (Ea) medzi výsledným produktom plynovej konštanty (R) a absolútnou teplotou (T) systému, ktorý sa má zohľadniť.

Je potrebné poznamenať, že frekvenčný faktor možno v určitých reakčných systémoch v širokom teplotnom rozsahu považovať za konštantný.

Tento matematický výraz pôvodne prevzal holandský chemik Jacobus Henricus van't Hoff v roku 1884, ale ten, ktorý mu dal vedeckú platnosť a interpretoval jeho predpoklad, bol švédsky chemik Svante Arrhenius v roku 1889.

Výpočet aktivačnej energie chemickej reakcie

Arrheniova rovnica určuje priamu proporcionalitu, ktorá existuje medzi rýchlostnou konštantou reakcie a frekvenciou zrážok medzi molekulami.

Podobne môže byť táto rovnica reprezentovaná pohodlnejším spôsobom aplikovaním vlastnosti prírodných logaritmov na každú stranu rovnice, čím sa získa:

ln k = ln A - Ea / RT

Keď sú termíny preusporiadané z hľadiska získania rovnice priamky (y = mx + b), získa sa nasledujúci výraz:

ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A

Takže pri zostavovaní grafu ln k proti 1 / T sa získa priamka, kde ln k predstavuje súradnicu a (-Ea / R) predstavuje sklon priamky (m), (1 / T) predstavuje súradnicu x a ln A predstavuje priesečník s osou (b) súradníc.

Ako je vidieť, sklon vyplývajúci z tohto výpočtu sa rovná hodnote –Ea / R. To znamená, že ak chcete získať hodnotu aktivačnej energie pomocou tohto výrazu, musíte vykonať jednoduché objasnenie, ktorého výsledkom bude:

Ea = -mR

Tu vieme, že hodnota ma R je konštanta rovná 8,314 J / K · mol.

Ako aktivačná energia ovplyvňuje rýchlosť reakcie?

Keď sa snažíme získať obraz aktivačnej energie, možno to vidieť ako bariéru, ktorá neumožňuje reakciu medzi molekulami s nižšou energiou.

Rovnako ako v bežnej reakcii sa stáva, že počet molekúl, ktoré môžu reagovať, je pomerne veľký, rýchlosť - a rovnako aj kinetická energia týchto molekúl - môže byť veľmi variabilná.

Všeobecne sa stáva, že iba malé množstvo všetkých molekúl, ktoré zažívajú kolíziu - tie, ktoré majú vyššiu rýchlosť pohybu - má dostatok kinetickej energie, aby bolo možné prekročiť veľkosť aktivačnej energie. Tieto molekuly sú teda vhodné a môžu byť súčasťou reakcie.

Podľa Arrheniovej rovnice záporné znamienko, ktoré predchádza kvocientu medzi aktivačnou energiou a produktom plynovej konštanty a absolútnej teploty, znamená, že rýchlostná konštanta klesá so zvyšovaním aktivačnej energie, ako aj rast pri zvyšovaní teploty.

Príklady výpočtu aktivačnej energie

Na výpočet aktivačnej energie zostavením grafu sa podľa Arrheniovej rovnice merali rýchlostné konštanty pre rozkladnú reakciu acetaldehydu pri piatich rôznych teplotách a je potrebné určiť aktivačnú energiu. pre reakciu, ktorá je vyjadrená ako:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Údaje pre päť meraní sú tieto:

k (1 / M ^1/2 s): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,393 - 0,789

T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810

Najprv sa musí na vyriešenie tejto neznámej situácie a na stanovenie aktivačnej energie skonštruovať graf ln k vs 1 / T (y vs x), aby sa získala priama čiara a odtiaľ sa vzal svah a zistila sa hodnota Ea, ako bolo vysvetlené.

Pri transformácii nameraných údajov podľa Arrheniovej rovnice sa pre y a x nachádzajú tieto hodnoty:

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

Z týchto hodnôt a pomocou matematického výpočtu sklonu -either na počítači alebo kalkulačka, za použitia expresného m = (Y ₂ -Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ), alebo za použitia lineárnej regresnej method- získame, že m = -Ea / R = -2,09 x 10 ⁴ K. teda:

Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 x 10 ⁴ K)

= 1,74 x 10 ⁵ = 1,74 x 10 ² kJ / mol

Aby sa graficky určili ďalšie aktivačné energie, vykoná sa podobný postup.

Referencie

1. Wikipedia. (SF). Aktivačná energia. Obnovené z en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chémia, deviate vydanie. Mexiko: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Aktivačná energia. Zdroj: britannica.com
4. Moore, JW a Pearson, RG (1961). Kinetika a mechanizmus. Obnovené z books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Korózia kovov: Fyzikálno-chemické princípy a súčasné problémy. Získané z kníh.google.co.ve