Aktivační energie je minimální částka energie nutné zahájit reakce. Je to výška potenciální energetické bariéry mezi potenciálním energetickým minimem reakčních složek a produktů. Aktivační energie je označena EA a obvykle má jednotky kilojoul na mol (kJ / mol) nebo kiloklorie na mol (kcal / mol). Termín „aktivační energie“ zavedl švédský vědec Svante Arrhenius v roce 1889. Arrheniova rovnice spojuje aktivační energii s hodnotit při které probíhá chemická reakce:
k = Ae-Ea / (RT)
kde k je koeficient rychlosti reakce, A je frekvenční faktor reakce, e je iracionální číslo (přibližně rovné 2,718), EA je aktivační energie, R je univerzální plynová konstanta a T je absolutní teplota (Kelvin).
Z Arrheniovy rovnice je vidět, že rychlost reakce se mění podle teploty. Normálně to znamená, že chemická reakce probíhá rychleji při vyšší teplotě. Existuje však několik případů „negativní aktivační energie“, kde rychlost reakce s teplotou klesá.
Proč je potřeba aktivační energie?
Pokud smícháte dvě chemikálie, mezi molekulami reaktantů dojde přirozeně k malému počtu kolizí při přípravě produktů. To platí zejména, pokud molekuly mají
nízká kinetická energie. Před přeměnou významné frakce reakčních složek na produkty tedy musí být překonána volná energie systému. Aktivační energie vyvolává reakci, kterou je zapotřebí trochu dalšího tlaku. Dokonce exotermické reakce vyžadují aktivační energii, abyste mohli začít. Například hromada dřeva nezačne pálit sama. Zapálená shoda může poskytnout aktivační energii pro zahájení spalování. Jakmile chemická reakce začne, teplo uvolněné reakcí poskytuje aktivační energii k přeměně více reakčního činidla na produkt.Někdy chemická reakce probíhá bez přidání jakékoli další energie. V tomto případě je aktivační energie reakce obvykle dodávána teplom z okolní teploty. Teplo zvyšuje pohyb molekul reaktantu, zlepšuje jejich pravděpodobnost vzájemné kolize a zvyšuje sílu srážek. Tato kombinace zvyšuje pravděpodobnost, že dojde k přerušení vazeb mezi reakčním činidlem, což umožní tvorbu produktů.
Katalyzátory a aktivační energie
Látka, která snižuje aktivační energii chemické reakce, se nazývá a katalyzátor. Katalyzátor v podstatě působí úpravou přechodného stavu reakce. Katalyzátory nejsou spotřebovány chemickou reakcí a nemění rovnovážnou konstantu reakce.
Vztah mezi aktivační energií a Gibbsovou energií
Aktivační energie je termín v Arrheniově rovnici, který se používá k výpočtu energie potřebné k překonání přechodného stavu z reakčních složek na produkty. Eyringova rovnice je další vztah, který popisuje rychlost reakce, kromě toho, že místo použití aktivační energie zahrnuje Gibbsovu energii přechodného stavu. Gibbsova energie přechodných stavových faktorů v entalpii i entropii reakce. Aktivační energie a Gibbsova energie jsou příbuzné, ale nejsou vzájemně zaměnitelné.