Aktiveringsenergi är mängden energi som måste tillföras för att en kemisk reaktion ska fortgå. Exempelproblemet nedan visar hur man bestämmer aktiveringsenergin för en reaktion från reaktionshastighetskonstanter vid olika temperaturer
Aktiveringsenergiproblem
En andra ordningens reaktion observerades. Reaktionshastighetskonstanten vid tre grader Celsius visade sig vara 8,9 x 10-3 L/mol och 7,1 x 10-2 L/mol vid 35 grader Celsius. Vad är aktiveringsenergin för denna reaktion?
Lösning
Aktiveringsenergin kan bestämmas med hjälp av ekvationen:
ln(k 2/k1 ) = Ea/R x (1/T
1
– 1/T2)
var
E
a = reaktionens aktiveringsenergi i J/mol
R = den ideala gaskonstanten = 8,3145 J/K·mol
T
1
och T2 = absoluta temperaturer (i Kelvin )
k1 och k2 = reaktionshastighetskonstanterna vid T
1 och T
2
Steg 1:
Konvertera temperaturer från grader Celsius till KelvinT = grader Celsius + 273 .15
T
1 = 3 + 273,15
T
1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273,15
T
2 = 308,15 Kelvin
Steg 2
– Hitta E a
ln(k2
/k
1) = Ea/R x (1/T
1 – 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) = E a/8,3145 J/K·mol x 3,76 x 10-4 K-1 2,077 = Ea(4,52 x 10 -5 mol/J) Svar: Aktiveringsenergin för denna reaktion är 4,59 x 10
Ea = 4,59 x 104 J/mol
eller i kJ/mol, (dividera med 1000)
Ea = 45,9 kJ/mol4 J/mol eller 45,9 kJ/mol.
Hur man använder en graf för att hitta aktiveringsenergi
Ett annat sätt att beräkna aktiveringsenergin för en reaktion är att grafen lnk (hastighetskonstanten) mot 1/T (inversen av temperaturen i Kelvin). Plottet kommer att bilda en rät linje uttryckt med ekvationen:
m = – E a/R
där m är linjens lutning, Ea är aktiveringsenergin och R är den ideala gaskonstanten på 8,314 J/mol-K. Om du gjorde temperaturmätningar i Celsius eller Fahrenheit, kom ihåg att konvertera dem till Kelvin innan du beräknar 1/T och ritar grafen.
Om du skulle göra en plot av reaktionsenergin kontra reaktionskoordinaten skulle skillnaden mellan energin hos reaktanterna och produkterna vara ΔH, medan överskottsenergin (den del av kurvan ovanför produkternas) skulle vara aktiveringsenergin.
Tänk på att de flesta reaktionshastigheter ökar med temperaturen, det finns några fall där reaktionshastigheten minskar med temperaturen. Dessa reaktioner har negativ aktiveringsenergi. Så även om du bör förvänta dig att aktiveringsenergin är ett positivt tal, var medveten om att det är möjligt att den också är negativ.
Vem upptäckte aktivering Energi?
Den svenska forskaren Svante Arrhenius föreslog termen ”aktiveringsenergi” 1880 för att definiera den minimienergi som behövs för att en uppsättning kemiska reaktanter ska interagera och bilda produkter. I ett diagram visas aktiveringsenergin som höjden av en energibarriär mellan två minimipunkter för potentiell energi. Minimipoängen är energierna hos de stabila reaktanterna och produkterna.
Även exoterma reaktioner, som att bränna ett ljus , kräver energiinsats. Vid förbränning startar en tänd tändsticka eller extrem värme reaktionen. Därifrån levererar värmen som utvecklas från reaktionen energi för att göra den självförsörjande.
