Aktiveringsenergi er minimumsbeløpet på energi pålagt å sette i gang a reaksjon. Det er høyden på den potensielle energibarrieren mellom de potensielle energiminimaene til reaktantene og produktene. Aktiveringsenergi betegnes av Een og har vanligvis enheter kilojoules per mol (kJ / mol) eller kilokalorier per mol (kcal / mol). Begrepet "aktiveringsenergi" ble introdusert av den svenske forskeren Svante Arrhenius i 1889. Arrhenius-ligningen knytter aktiveringsenergi til vurdere hvor en kjemisk reaksjon forløper:
k = Ae-Ea / (RT)
der k er reaksjonshastighetskoeffisienten, A er frekvensfaktoren for reaksjonen, e er det irrasjonelle tallet (tilnærmet lik 2.718), Een er aktiveringsenergien, R er den universelle gasskonstanten, og T er den absolutte temperaturen (Kelvin).
Fra Arrhenius-ligningen kan man se at reaksjonshastigheten endres i henhold til temperatur. Normalt betyr dette at en kjemisk reaksjon går raskere ved en høyere temperatur. Det er imidlertid noen få tilfeller av "negativ aktiveringsenergi", der reaksjonshastigheten avtar med temperaturen.
Hvorfor trengs aktiveringsenergi?
Hvis du blander sammen to kjemikalier, vil det kun oppstå et lite antall kollisjoner mellom reaktantmolekylene for å lage produkter. Dette gjelder spesielt hvis molekylene har det lav kinetisk energi. Så før en betydelig brøkdel av reaktanter kan omdannes til produkter, må systemets gratis energi overvinnes. Aktiveringsenergien gir reaksjonen den lille ekstra dytten som trengs for å komme i gang. Til og med eksoterme reaksjoner krever aktiveringsenergi for å komme i gang. For eksempel vil en bunke med tre ikke begynne å brenne på egen hånd. En opplyst fyrstikk kan gi aktiveringsenergien for å starte forbrenningen. Når den kjemiske reaksjonen starter, gir varmen som frigjøres av reaksjonen aktiveringsenergien for å konvertere mer reaktant til produkt.
Noen ganger fortsetter en kjemisk reaksjon uten å tilføre noe ekstra energi. I dette tilfellet tilføres reaksjons aktiveringsenergi vanligvis av varme fra omgivelsestemperaturen. Varme øker bevegelsen til reaktantmolekylene, forbedrer sjansen for å kollidere med hverandre og øker kraften i kollisjonene. Kombinasjonen gjør at det er mer sannsynlig at bindinger mellom reaktanten vil gå i stykker, noe som gir mulighet for dannelse av produkter.
Katalysatorer og aktiveringsenergi
Et stoff som senker aktiveringsenergien til en kjemisk reaksjon kalles a katalysatoren. I utgangspunktet virker en katalysator ved å modifisere overgangstilstanden for en reaksjon. Katalysatorer forbrukes ikke av den kjemiske reaksjonen, og de endrer ikke reaksjonens likevektskonstant.
Forholdet mellom aktiveringsenergi og gibbs energi
Aktiveringsenergi er et begrep i Arrhenius-ligningen som brukes til å beregne energien som trengs for å overvinne overgangstilstanden fra reaktanter til produkter. Eyring-ligningen er en annen relasjon som beskriver reaksjonshastigheten, bortsett fra i stedet for å bruke aktiveringsenergi, den inkluderer Gibbs energi i overgangstilstanden. Gibbs-energien fra overgangstilstanden faktorer i både entalpi og entropi av en reaksjon. Aktiveringsenergi og Gibbs-energi er relatert, men ikke utskiftbare.