Aktivační energie je množství energie, které je třeba dodat, aby chemická reakce mohla pokračovat. Příklad problému níže ukazuje, jak určit aktivační energii reakce z konstantních reakčních rychlostí při různých teplotách.
Aktivační energetický problém
Byla pozorována reakce druhého řádu. rychlost reakce konstanta při třech stupních Celsia byla zjištěna 8,9 x 10-3 L / mol a 7,1 x 10-2 L / mol při 35 stupních Celsia. Jaká je aktivační energie této reakce?
Řešení
aktivační energie lze určit pomocí rovnice:
ln (k2/ k1) = EA/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
kde
EA = aktivační energie reakce v J / mol
R = ideální plynová konstanta = 8,3145 J / K · mol
T1 a T2 = absolutní teploty (v Kelvinech)
k1 a k2 = reakční rychlostní konstanty při T1 a T2
Krok 1: Převádějte teploty ze stupňů Celsia na Kelviny
T = stupně Celsia + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvina
Krok 2 - Najděte EA
ln (k2/ k1) = EA/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = EA/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = EA/ 8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = EA(4,52 x 10-5 mol / J)
EA = 4,59 x 104 J / mol
nebo v kJ / mol, (vydělte 1000)
EA = 45,9 kJ / mol
Odpovědět: Aktivační energie pro tuto reakci je 4,59 x 104 J / mol nebo 45,9 kJ / mol.
Jak používat graf k nalezení aktivační energie
Dalším způsobem, jak vypočítat aktivační energii reakce, je graf ln k (rychlostní konstanta) versus 1 / T (inverzní teplota v Kelvinech). Spiknutí vytvoří přímku vyjádřenou rovnicí:
m = - EA/ R
kde m je sklon vedení, Ea je aktivační energie a R je ideální plynová konstanta 8,314 J / mol-K. Pokud jste provedli měření teploty ve stupních Celsia nebo Fahrenheita, nezapomeňte je před výpočtem 1 / T a vykreslením grafu převést na Kelvin.
Pokud jste měli udělat graf energie reakce versus reakční souřadnice, rozdíl mezi energií energie reaktanty a produkty by byly ΔH, zatímco nadbytek energie (část křivky nad křivkou produktů) by byla aktivace energie.
Mějte na paměti, že zatímco většina reakčních rychlostí roste s teplotou, v některých případech se rychlost reakce s teplotou snižuje. Tyto reakce mají negativní aktivační energii. Takže, i když byste měli očekávat, že aktivační energie bude kladné číslo, uvědomte si, že je možné, že bude také záporná.
Kdo objevil aktivační energii?
Švédský vědec Svante Arrhenius navrhl termín “aktivační energie” v 1880 definovat minimální energii potřebnou pro soubor chemických reaktantů k vzájemnému ovlivňování a tvoření produktů. V diagramu je aktivační energie graficky znázorněna jako výška energetické bariéry mezi dvěma minimálními body potenciální energie. Minimální body jsou energie stabilních reakčních složek a produktů.
I exotermické reakce, jako je například svíčka, vyžadují přívod energie. V případě spalování začíná reakce zapálená zápalka nebo extrémní teplo. Odtud teplo vyvíjené reakcí dodává energii, aby bylo soběstačné.