Aktiveringsenergi er mengden energi som må tilføres for at en kjemisk reaksjon skal fortsette. Eksempelproblemet nedenfor viser hvordan man bestemmer aktiveringsenergien til en reaksjon fra reaksjonshastighetskonstanter ved forskjellige temperaturer.
Aktiveringsenergiproblem
En andre ordens reaksjon ble observert. De reaksjonshastighet konstant ved tre grader ble det funnet å være 8,9 x 10-3 L / mol og 7,1 x 10-2 L / mol ved 35 grader Celsius. Hva er aktiveringsenergien i denne reaksjonen?
Løsning
De aktiveringsenergi kan bestemmes ved å bruke ligningen:
ln (k2/ k1) = Een/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
hvor
Een = reaksjons aktiveringsenergi i J / mol
R = den ideelle gasskonstanten = 8,3145 J / K · mol
T1 og T2 = absolutte temperaturer (i Kelvin)
k1 og k2 = reaksjonshastighetskonstantene ved T1 og T2
Trinn 1: Konverter temperaturer fra Celsius til Kelvin
T = grader Celsius + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Steg 2 - Finn Een
ln (k2/ k1) = Een/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10)
ln (7,98) = Een/8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2.077 = Een(4,52 x 10-5 mol / J)
Een = 4,59 x 104 J / mol
eller i kJ / mol, (del med 1000)
Een = 45,9 kJ / mol
Svar: Aktiveringsenergien for denne reaksjonen er 4,59 x 104 J / mol eller 45,9 kJ / mol.
Hvordan bruke en graf for å finne aktiveringsenergi
En annen måte å beregne aktiveringsenergien til en reaksjon er å tegne ln k (hastighetskonstanten) versus 1 / T (det inverse av temperaturen i Kelvin). Plottet vil danne en rett linje uttrykt av ligningen:
m = - Een/ R
hvor m er skråningen på linjen, er Ea aktiveringsenergien, og R er den ideelle gasskonstanten på 8.314 J / mol-K. Hvis du tok temperaturmålinger i Celsius eller Fahrenheit, husk å konvertere dem til Kelvin før du beregnet 1 / T og plottet grafen.
Hvis du skulle tegne et plott av reaksjonens energi kontra reaksjonskoordinat, er forskjellen mellom energien til reaktanter og produktene ville være ΔH, mens overskuddsenergien (delen av kurven over produktene) ville være aktiveringen energi.
Husk at mens de fleste reaksjonshastigheter øker med temperaturen, er det noen tilfeller hvor reaksjonshastigheten synker med temperaturen. Disse reaksjonene har negativ aktiveringsenergi. Så mens du bør forvente at aktiveringsenergi skal være et positivt tall, må du være oppmerksom på at det også er mulig for den å være negativ.
Hvem oppdaget aktiveringsenergi?
Svensk forsker Svante Arrhenius foreslo uttrykket "aktiveringsenergi" i 1880 for å definere den minste energien som trengs for et sett med kjemiske reaktanter for å samvirke og danne produkter. I et diagram er aktiveringsenergi grafen som høyden på en energisperring mellom to minimumspunkter for potensiell energi. Minimumspunktene er energiene til de stabile reaktantene og produktene.
Selv eksotermiske reaksjoner, som å brenne et stearinlys, krever energitilførsel. Ved forbrenning starter en tent fyrstikk eller ekstrem varme reaksjonen. Derfra forsyner varmen som utvikles fra reaksjonen energi til å gjøre den selvopprettholdende.