KEMISK AKTIVERINGSENERGI: VAD DEN BESTÅR AV, BERÄKNING - KEMI - 2025

Den energi av kemisk aktivering (från synvinkeln av kinetiska studier) avser den minsta mängden av energi som krävs för att starta en kemisk reaktion. Enligt teorin om kollisioner i kemisk kinetik sägs alla molekyler som är i rörelse ha en viss mängd kinetisk energi.

Detta betyder att ju större hastigheten på dess rörelse är, desto större är dess kinetiska energi. I denna mening kan en molekyl som bär en snabb rörelse inte delas upp i fragment av sig själv, så en kollision måste uppstå mellan den och en annan molekyl för att en kemisk reaktion ska kunna äga rum.

När detta händer - när det är en kollision mellan molekylerna - omvandlas en bråkdel av deras kinetiska energi till vibrationsenergi. På samma sätt, om den kinetiska energin i början av processen är hög, kommer molekylerna som deltar i kollisionen att uppvisa en så stor vibration att några av de närvarande kemiska bindningarna kommer att brytas.

Denna brytning av bindningar utgör det första steget i omvandlingen av reaktanter till produkter; det vill säga i bildandet av dessa. Tvärtom, om den kinetiska energin i början av denna process är av liten storlek, kommer det att finnas ett fenomen av "rebound" av molekylerna, genom vilka de kommer att separera praktiskt taget intakt.

Vad består det av?

Med utgångspunkt från begreppet kollisioner mellan molekyler för att initiera kemiska reaktioner som tidigare beskrivits, kan man säga att det finns en minsta mängd energi som krävs för att en kollision ska kunna inträffa.

Så om energivärdet är mindre än detta nödvändiga minimum kommer det helt enkelt inte att förändras mellan molekylerna efter det att kollisionen inträffat, vilket innebär att när den här energin är frånvarande, förblir den involverade arten praktiskt taget intakt och det kommer inte att hända. alla förändringar på grund av denna krasch.

I denna idéordning kallas den minsta energin som krävs för att en förändring ska ske efter en kollision mellan molekyler aktiveringsenergi.

Med andra ord, molekylerna som är involverade i en kollision måste ha en total mängd kinetisk energi lika med eller större än aktiveringsenergin för att en kemisk reaktion kan inträffa.

På samma sätt kolliderar molekylerna i många fall och ger upphov till en ny art som kallas det aktiverade komplexet, en struktur som också kallas "övergångstillståndet" eftersom det endast finns tillfälligt.

Det orsakas av de reagerande arterna på grund av kollisionen och före bildandet av reaktionsprodukterna.

Aktiverat komplex

Det ovannämnda aktiverade komplexet bildar en art som har mycket låg stabilitet men som i sin tur har en stor mängd potentiell energi.

Följande diagram visar omvandlingen av reaktanter till produkter, uttryckta i form av energi och noterar att storleken på energin hos det aktiverade komplexet som bildas är avsevärt större än för reaktanterna och produkterna.

Om produkterna i slutet av reaktionen har en större stabilitet än de reaktanta ämnena, sker frisättningen av energi i form av värme, vilket ger en exoterm reaktion.

Tvärtom, om reaktanterna resulterar i en större stabilitet än produkterna, betyder det att reaktionsblandningen manifesterar en absorption av energi i form av värme från dess omgivningar, vilket resulterar i en endoterm reaktion.

På samma sätt, om det ena eller det andra fallet händer, måste ett diagram som det som visas tidigare konstrueras, där den potentiella energin i systemet som reagerar mot reaktionens framsteg eller framsteg planeras.

Således erhålls de potentiella energiförändringar som inträffar när reaktionen fortskrider och reaktanterna omvandlas till produkter.

Hur beräknas det?

Aktiveringsenergin för en kemisk reaktion är nära besläktad med reaktionens hastighetskonstant, och beroende av denna konstant med avseende på temperatur representeras av Arrhenius-ekvationen:

k = Ae ^{-Ea / RT}

I detta uttryck representerar k reaktionens hastighetskonstant (som beror på temperaturen) och parametern A kallas frekvensfaktorn och är ett mått på frekvensen för kollisionerna mellan molekyler.

För sin del uttrycker e basen i serien med naturliga logaritmer. Den höjs till en effekt lika med den negativa kvoten på aktiveringsenergin (Ea) mellan den resulterande produkten från gaskonstanten (R) och den absoluta temperaturen (T) för systemet som ska beaktas.

Det bör noteras att frekvensfaktorn kan betraktas som en konstant i vissa reaktionssystem över ett brett temperaturområde.

Detta matematiska uttryck antogs ursprungligen av den holländska kemisten Jacobus Henricus van't Hoff 1884, men den som gav det vetenskaplig giltighet och tolkade dess premiss var den svenska kemisten Svante Arrhenius 1889.

Beräkning av aktiveringsenergin för en kemisk reaktion

Arrhenius-ekvationen anger den direkta proportionaliteten som finns mellan hastighetskonstanten för en reaktion och frekvensen av kollisioner mellan molekyler.

På samma sätt kan denna ekvation representeras på ett mer bekvämt sätt genom att tillämpa egenskapen av naturliga logaritmer på varje sida av ekvationen och erhålla:

l k = ln A - Ea / RT

När termerna omarrangeras i termer av att erhålla ekvationen för en linje (y = mx + b) uppnås följande uttryck:

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

Så när man konstruerar en graf med ln k mot 1 / T erhålls en rak linje, där ln k representerar koordinaten och, (-Ea / R) representerar lutningen för linjen (m), (1 / T) representerar x-koordinaten, och ln A representerar skärningen med ordinataxeln (b).

Som kan ses är lutningen som härrör från denna beräkning lika med värdet på –Ea / R. Detta innebär att om du vill erhålla värdet på aktiveringsenergin genom detta uttryck måste du utföra en enkel förtydligning, vilket resulterar i:

Ea = –mR

Här vet vi att värdet på m och R är en konstant lika med 8.314 J / K · mol.

Hur påverkar aktiveringsenergin reaktionshastigheten?

När man försöker få en bild av aktiveringsenergin kan den ses som en barriär som inte tillåter en reaktion mellan de lägre energimolekylerna.

Som i en vanlig reaktion händer det att antalet molekyler som kan reagera är ganska stort, hastigheten - och i motsvarande grad den kinetiska energin hos dessa molekyler - kan vara mycket varierande.

I allmänhet händer det att endast ett litet antal av alla molekyler som upplever en kollision - de som har en större rörelseshastighet - har tillräckligt med kinetisk energi för att kunna överskrida storleken på aktiveringsenergin. Så dessa molekyler är passande och kan vara en del av reaktionen.

Enligt Arrhenius-ekvationen innebär det negativa tecknet - som föregår kvoten mellan aktiveringsenergin och produkten från gaskonstanten och den absoluta temperaturen - att hastighetskonstanten minskar när det finns en ökning av aktiveringsenergin, liksom en tillväxt när temperaturen ökar.

Exempel på beräkning av aktiveringsenergi

För att beräkna aktiveringsenergin genom att konstruera en graf, enligt Arrhenius-ekvationen, har hastighetskonstanterna för nedbrytningsreaktionen för acetaldehyd mättes vid fem olika temperaturer och det är önskvärt att bestämma aktiveringsenergin för reaktionen, som uttrycks som:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Uppgifterna för de fem mätningarna är följande:

k (1 / M ^1/2 s): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,779

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

Först och främst, för att lösa denna okända och bestämma aktiveringsenergin, måste en graf av ln k vs 1 / T (y vs x) konstrueras, för att få en rak linje och härifrån ta sluttningen och hitta värdet på Ea, som förklarats.

Omvandling av mätdata, enligt Arrhenius-ekvationen, finns följande värden för y respektive 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

Från dessa värden och genom den matematiska beräkningen av lutningen -either på en dator eller en miniräknare, användning av uttrycket m = (Y ₂ Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ) eller med hjälp av linjär regression metod- vi får att m = -Ea / R = -2,09 * 10 ⁴ K. Således:

Ea = (8.314 J / K mol) (2,09 * 10 ⁴ K)

= 1,74 * 10 ⁵ = 1,74 * 10 ² kJ / mol

För att bestämma andra aktiveringsenergier grafiskt utförs en liknande procedur.

referenser

1. Wikipedia. (Sf). Aktiverings energi. Återställs från en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kemi, nionde upplagan. Mexiko: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Aktiverings energi. Hämtad från britannica.com
4. Moore, JW och Pearson, RG (1961). Kinetik och mekanism. Återställs från books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Korrosion av metaller: Fysikokemiska principer och aktuella problem. Erhålls från books.google.co.ve