ENERHIYA NG ACTIVATION NG KEMIKAL: KUNG ANO ANG BINUBUO NITO, PAGKALKULA - CHEMISTRY - 2024

Ang enerhiya ng pag-activate ng kemikal (mula sa punto ng view ng mga pag-aaral ng kinetic) ay tumutukoy sa hindi bababa sa dami ng kinakailangang enerhiya upang magsimula ng isang reaksyon ng kemikal. Ayon sa teorya ng banggaan sa mga kinetiko ng kemikal, ang lahat ng mga molekula na nasa galaw ay sinasabing mayroong isang tiyak na halaga ng kinetic energy.

Nangangahulugan ito na mas malaki ang bilis ng paggalaw nito, mas malaki ang laki ng kinetic energy nito. Sa kahulugan na ito, ang isang molekula na nagdadala ng isang mabilis na paggalaw ay hindi mahahati sa mga hiwa, kaya ang isang banggaan ay dapat mangyari sa pagitan nito at ng isa pang molekula para sa isang reaksyon ng kemikal na magaganap.

Kapag nangyari ito - kapag may banggaan sa pagitan ng mga molekula - isang bahagi ng kanilang kinetic na enerhiya ay nabago sa lakas ng panginginig. Gayundin, kung sa simula ng proseso, ang enerhiya ng kinetic ay mataas, ang mga molekula na lumahok sa banggaan ay maghaharap ng napakalaking panginginig ng boses na ang ilan sa mga bono ng kemikal na naroroon ay masira.

Ang paglabag sa mga bono ay bumubuo ng unang hakbang sa pagbabagong-anyo ng mga reaksyon sa mga produkto; ibig sabihin, sa pagbuo ng mga ito. Sa kabaligtaran, kung sa simula ng prosesong ito ang enerhiya ng kinetic ay may maliit na lakas, magkakaroon ng isang kababalaghan ng "rebound" ng mga molekula, kung saan hahatiin nila ang halos buo.

Ano ang binubuo nito?

Simula mula sa konsepto ng mga banggaan sa pagitan ng mga molekula upang simulan ang mga reaksyon ng kemikal na dati nang inilarawan, masasabi na mayroong isang minimum na halaga ng enerhiya na kinakailangan para sa isang pagbangga.

Kaya, kung ang halaga ng enerhiya ay mas mababa kaysa sa kinakailangang minimum na ito, walang simpleng pagbabago sa pagitan ng mga molekula pagkatapos mangyari ang pagbangga, na nangangahulugang kapag wala ang enerhiya na ito, ang mga species na kasangkot ay mananatiling praktikal at hindi ito mangyayari. anumang pagbabago dahil sa pag-crash na ito.

Sa pagkakasunud-sunod ng mga ideya, ang minimum na enerhiya na kinakailangan para sa isang pagbabago na maganap pagkatapos ng isang pagbangga sa pagitan ng mga molekula ay tinatawag na activation energy.

Sa madaling salita, ang mga molekula na kasangkot sa isang pagbangga ay dapat magkaroon ng isang kabuuang halaga ng kinetic enerhiya na katumbas o mas malaki kaysa sa enerhiya ng pag-activate para sa isang reaksyon ng kemikal na magaganap.

Gayundin, sa maraming kaso ang mga molekula ay bumangga at nagdaragdag ng isang bagong species na tinatawag na activated complex, isang istraktura na tinatawag ding "estado ng paglipat" dahil pansamantala lamang ang umiiral.

Ito ay sanhi ng mga reaksyon ng mga species dahil sa banggaan at bago ang pagbuo ng mga produktong reaksyon.

Na-activate na kumplikado

Ang nabanggit na activated complex ay bumubuo ng isang species na kung saan ay may napakababang katatagan ngunit kung saan, sa turn, ay may malaking kalakaran ng potensyal na enerhiya.

Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng pagbabagong-anyo ng mga reaksyon sa mga produkto, na ipinahayag sa mga tuntunin ng enerhiya at napansin na ang laki ng enerhiya ng activated complex na nabuo ay mas malaki kaysa sa mga reaksyon at mga produkto.

Kung sa pagtatapos ng reaksyon ang mga produkto ay may higit na katatagan kaysa sa mga reaksyong sangkap, ang paglabas ng enerhiya sa anyo ng init ay nangyayari, na nagbibigay ng isang eksotermikong reaksyon.

Sa kabilang banda, kung ang mga reaksyon ay nagreresulta sa isang mas higit na katatagan kaysa sa mga produkto, nangangahulugan ito na ang reaksyon ng reaksyon ay nagpapakita ng isang pagsipsip ng enerhiya sa anyo ng init mula sa mga paligid nito, na nagreresulta sa isang endothermic reaksyon.

Gayundin, kung ang isang kaso o iba pang nangyayari, isang diagram tulad ng ipinakita dati ay dapat na itinayo, kung saan ang potensyal na enerhiya ng system na reaksyon laban sa pagsulong o pag-unlad ng reaksyon ay na-plot.

Kaya, ang mga potensyal na pagbabago ng enerhiya na nagaganap habang ang reaksyon ay nagpapatuloy at ang mga reaksyon ay binago sa mga produkto ay nakuha.

Paano ito kinakalkula?

Ang enerhiya ng pag-activate ng isang reaksyon ng kemikal ay malapit na nauugnay sa rate ng palagiang sinabi ng reaksyon, at ang dependence ng pare-pareho na ito patungkol sa temperatura ay kinakatawan ng equation Arrhenius:

k = Ae ^{-Ea / RT}

Sa expression na ito k ay kumakatawan sa rate ng pare-pareho ng reaksyon (na nakasalalay sa temperatura) at ang parameter A ay tinatawag na dalas ng kadahilanan, at isang sukatan ng dalas ng mga pagbangga sa pagitan ng mga molekula.

Para sa bahagi nito, ipinapahiwatig ng base ng serye ng mga natural na logarithms. Itinaas ito sa isang kapangyarihan na katumbas ng negatibong quient ng enerhiya ng pag-activate (Ea) sa pagitan ng mga nagreresultang produkto ng palagiang gas (R) at ang ganap na temperatura (T) ng system na isasaalang-alang.

Dapat pansinin na ang kadahilanan ng dalas ay maaaring isaalang-alang na isang pare-pareho sa ilang mga sistema ng reaksyon sa isang malawak na saklaw ng temperatura.

Ang ekspresyong matematikal na ito ay orihinal na ipinagpalagay ng Dutch chemist na si Jacobus Henricus van't Hoff noong 1884, ngunit ang nagbigay nito ng bisa ng pang-agham at isinalin ang saligan nito ay ang Suweko na chemist na si Svante Arrhenius, noong 1889.

Pagkalkula ng enerhiya ng pag-activate ng isang reaksyon ng kemikal

Ang equation ng Arrhenius ay tumutukoy sa direktang proporsyonalidad na umiiral sa pagitan ng rate ng pare-pareho ng isang reaksyon at ang dalas ng mga pagbangga sa pagitan ng mga molekula.

Gayundin, ang equation na ito ay maaaring kinakatawan sa isang mas maginhawang paraan sa pamamagitan ng paglalapat ng pag-aari ng mga likas na logarithms sa bawat panig ng equation, pagkamit:

ln k = ln A - Ea / RT

Kapag ang mga termino ay muling nabuo sa mga tuntunin ng pagkuha ng equation ng isang linya (y = mx + b), ang sumusunod na expression ay nakuha:

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

Kaya, kapag ang pagbubuo ng isang graph ng ln k laban sa 1 / T, nakuha ang isang tuwid na linya, kung saan ang ln k ay kumakatawan sa coordinate at, (-Ea / R) ay kumakatawan sa slope ng linya (m), (1 / T) kumakatawan sa x coordinate, at ang ln A ay kumakatawan sa pangharang sa ordinate axis (b).

Tulad ng nakikita, ang slope na nagreresulta mula sa pagkalkula na ito ay katumbas ng halaga ng –Ea / R. Ito ay nagpapahiwatig na, kung nais mong makuha ang halaga ng enerhiya ng pag-activate sa pamamagitan ng expression na ito, dapat kang magsagawa ng isang simpleng paglilinaw, na nagreresulta sa:

Ea = –mR

Dito alam natin ang halaga ng m at R ay isang pare-pareho na katumbas ng 8.314 J / K · mol.

Paano nakakaapekto ang enerhiya ng pag-activate sa rate ng isang reaksyon?

Kapag sinusubukan upang makakuha ng isang larawan ng enerhiya ng pag-activate, maaari itong makita bilang isang hadlang na hindi pinapayagan ang isang reaksyon na maganap sa pagitan ng mga mas mababang molekulang enerhiya.

Tulad ng sa isang karaniwang reaksyon nangyayari na ang bilang ng mga molekula na maaaring umepekto ay malaki, ang bilis - at katumbas, ang kinetic enerhiya ng mga molekula - ay maaaring maging napaka-variable.

Karaniwan ito ay nangyayari na lamang ng isang maliit na bilang ng lahat ng mga molekula na nakakaranas ng isang pagbangga - ang mga may mas malaking bilis ng paggalaw - ay may sapat na enerhiya na kinetic upang makaligtaan ang lakas ng lakas ng pag-activate. Kaya ang mga molekulang ito ay magkasya at maaaring maging bahagi ng reaksyon.

Ayon sa pagkakapareho ng Arrhenius, ang negatibong pag-sign-na kung saan ang nauna sa quotient sa pagitan ng enerhiya ng pag-activate at ang produkto ng palagiang gas at ang ganap na temperatura- ay nagpapahiwatig na ang rate ng patuloy na bumababa dahil may pagtaas sa enerhiya ng pag-activate. pati na rin ang isang paglaki kapag tumataas ang temperatura.

Mga halimbawa ng pagkalkula ng enerhiya ng pag-activate

Upang makalkula ang enerhiya ng pag-activate sa pamamagitan ng pagbuo ng isang graph, ayon sa equation ng Arrhenius, ang rate ay kinakailangan para sa agnas na reaksyon ng acetaldehyde ay sinusukat sa limang magkakaibang temperatura at nais itong matukoy ang enerhiya ng pag-activate. para sa reaksyon, na kung saan ay ipinahayag bilang:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Ang data para sa limang mga sukat ay ang mga sumusunod:

k (1 / M ^1/2 s): 0.011 - 0.035 - 0.105 - 0.343 - 0.789

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

Una, upang malutas ang hindi alam na ito at matukoy ang enerhiya ng pag-activate, dapat na itayo ang isang graph ng ln k vs 1 / T (y vs x), upang makakuha ng isang tuwid na linya at mula dito kunin ang slope at hanapin ang halaga ng Ea, tulad ng ipinaliwanag.

Ang pagbabago ng data ng pagsukat, ayon sa equation ng Arrhenius, ang mga sumusunod na halaga ay matatagpuan para sa y at x, ayon sa pagkakabanggit:

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

Mula sa mga halagang ito at sa pamamagitan ng pagkalkula ng matematika ng slope-alinman sa isang computer o isang calculator, gamit ang expression m = (Y ₂ -Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ) o gamit ang linear regression method- nakuha namin na m = -Ea / R = -2.09 * 10 ⁴ K. Sa gayon:

Ea = (8.314 J / K mol) (2.09 * 10 ⁴ K)

= 1.74 * 10 ⁵ = 1.74 * 10 ² kJ / mol

Upang matukoy ang iba pang mga activation energies na graphic, isinasagawa ang isang katulad na pamamaraan.

Mga Sanggunian

1. Wikipedia. (sf). Enerhiya ng Pag-activate. Nabawi mula sa en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chemistry, Pang-siyam na edisyon. Mexico: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Enerhiya ng pag-activate. Nakuha mula sa britannica.com
4. Moore, JW at Pearson, RG (1961). Kinetika at Mekanismo. Nabawi mula sa books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Pagkawasak ng Mga Metals: Mga Prinsipyo ng Physicalichemhem at Kasalukuyang mga problema. Nakuha mula sa books.google.co.ve