energie de activare chimică (din punct de vedere al studiilor cinetice) se referă la cea mai mică cantitate posibilă de energie necesară pentru declanșarea unei reacții chimice. Conform teoriei coliziunilor din cinetica chimică, se spune că toate moleculele aflate în mișcare au o anumită cantitate de energie cinetică.
Aceasta înseamnă că cu cât este mai mare viteza mișcării sale, cu atât este mai mare magnitudinea energiei sale cinetice. În acest sens, o moleculă care poartă o mișcare rapidă nu poate fi împărțită în fragmente de la sine, așa că trebuie să se producă o coliziune între ea și o altă moleculă pentru a avea loc o reacție chimică..
Când se întâmplă acest lucru - când există o coliziune între molecule - o fracțiune din energia lor cinetică se transformă în energie vibrațională. La fel, dacă la începutul procesului energia cinetică este mare, moleculele care participă la coliziune vor prezenta o vibrație atât de mare încât unele dintre legăturile chimice prezente vor fi rupte..
Această rupere a legăturilor constituie primul pas în transformarea reactanților în produse; adică în formarea acestora. Dimpotrivă, dacă la începutul acestui proces energia cinetică este de mică amploare, va exista un fenomen de „revenire” a moleculelor, prin care acestea vor fi separate practic intacte..
Indice articol
Pornind de la conceptul de coliziuni între molecule pentru a iniția reacții chimice descrise anterior, se poate spune că există o cantitate minimă de energie necesară pentru a avea loc o coliziune..
Deci, dacă valoarea energetică este mai mică decât acest minim necesar, pur și simplu nu va exista nicio modificare între molecule după producerea coliziunii, ceea ce înseamnă că atunci când această energie este absentă, speciile implicate rămân practic intacte și nu se va întâmpla. din cauza acestui accident.
În această ordine de idei, energia minimă necesară pentru ca o schimbare să aibă loc după o coliziune între molecule se numește energie de activare..
Cu alte cuvinte, moleculele implicate într-o coliziune trebuie să posede o cantitate totală de energie cinetică egală sau mai mare decât energia de activare pentru a avea loc o reacție chimică..
De asemenea, în multe cazuri moleculele se ciocnesc și originează o nouă specie numită complex activat, o structură care este, de asemenea, numită „stare de tranziție”, deoarece există doar temporar..
Este cauzată de speciile reactante datorită coliziunii și înainte de formarea produselor de reacție.
Complexul activ menționat mai sus formează o specie care are o stabilitate foarte scăzută, dar, la rândul său, are o magnitudine mare de energie potențială..
Următoarea diagramă arată transformarea reactanților în produse, exprimată în termeni de energie și observând că magnitudinea energiei complexului activ care se formează este considerabil mai mare decât cea a reactanților și a produselor..
Dacă la sfârșitul reacției, produsele au o stabilitate mai mare decât substanțele reactante, eliberarea de energie are loc sub formă de căldură, dând o reacție exotermă..
Dimpotrivă, dacă reactanții au ca rezultat o stabilitate mai mare decât produsele, înseamnă că amestecul de reacție manifestă o absorbție a energiei sub formă de căldură din mediul înconjurător, rezultând o reacție endotermă..
La fel, dacă se întâmplă un caz sau altul, ar trebui construită o diagramă ca cea prezentată anterior, în care este reprezentată energia potențială a sistemului care reacționează împotriva avansului sau progresului reacției..
Astfel, se obțin modificările energiei potențiale care apar pe măsură ce reacția se desfășoară și reactanții sunt transformați în produse..
Energia de activare a unei reacții chimice este strâns legată de constanta de viteză a reacției menționate, iar dependența acestei constante față de temperatură este reprezentată de ecuația lui Arrhenius:
k = Ae-Ea / RT
În această expresie k reprezintă constanta de viteză a reacției (care depinde de temperatură) și parametrul LA se numește factorul de frecvență și este o măsură a frecvenței coliziunilor dintre molecule.
La rândul său, și exprimă baza seriei de logaritmi naturali. Este ridicat la o putere egală cu coeficientul negativ al energiei de activare (Ea) între produsul rezultat din constanta gazului (R) și temperatura absolută (T) a sistemului de luat în considerare.
Trebuie remarcat faptul că factorul de frecvență poate fi considerat o constantă în anumite sisteme de reacție pe o gamă largă de temperaturi..
Această expresie matematică a fost inițial presupusă de chimistul olandez Jacobus Henricus van't Hoff în 1884, dar cel care i-a dat validitate științifică și i-a interpretat premisa a fost chimistul suedez Svante Arrhenius, în 1889..
Ecuația lui Arrhenius specifică proporționalitatea directă care există între constanta de viteză a unei reacții și frecvența coliziunilor dintre molecule.
De asemenea, această ecuație poate fi reprezentată într-un mod mai convenabil prin aplicarea proprietății logaritmilor naturali pe fiecare parte a ecuației, obținând:
ln k = ln A - Ea / RT
Prin rearanjarea termenilor în ceea ce privește obținerea ecuației unei linii (y = mx + b), se obține următoarea expresie:
ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A
Deci, atunci când construim un grafic de ln k împotriva 1 / T, se obține o dreaptă, unde ln k reprezintă coordonata și, (-Ea / R) reprezintă panta liniei (m), (1 / T) reprezintă coordonata x și ln A reprezintă interceptarea cu axa ordonată (b).
După cum se poate observa, panta rezultată din acest calcul este egală cu valoarea -Ea / R. Aceasta implică faptul că, dacă doriți să obțineți valoarea energiei de activare prin intermediul acestei expresii, trebuie să efectuați o clarificare simplă a acestui lucru, rezultând:
Ea = -mR
Aici se cunoaște valoarea m și R este o constantă egală cu 8,314 J / K mol.
Atunci când încercăm să obținem o imagine a energiei de activare, aceasta poate fi considerată ca o barieră care nu permite să apară o reacție între moleculele de energie inferioară..
Ca într-o reacție comună, se întâmplă ca numărul de molecule care pot reacționa este destul de mare, viteza - și echivalent, energia cinetică a acestor molecule - poate fi foarte variabilă.
În general, se întâmplă ca doar o cantitate mică din totalitatea moleculelor care suferă o coliziune - cele care au o viteză mai mare de mișcare - să aibă suficientă energie cinetică pentru a putea depăși magnitudinea energiei de activare. Deci, aceste molecule sunt potrivite și capabile să facă parte din reacție.
Conform ecuației lui Arrhenius, semnul negativ - care precede coeficientul dintre energia de activare și produsul constantei gazului și temperatura absolută - implică faptul că rata constantă scade pe măsură ce există o creștere a energiei de activare, precum și o crește atunci când temperatura crește.
Pentru a calcula energia de activare prin construirea unui grafic, conform ecuației lui Arrhenius, constantele de viteză pentru reacția de descompunere a acetaldehidei au fost măsurate la cinci temperaturi diferite și se dorește determinarea energiei de activare pentru reacție, care este exprimată ca:
CH3CHO (g) → CH4(g) + CO (g)
Datele pentru cele cinci măsurători sunt după cum urmează:
k (1 / M1/2S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789
T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810
În primul rând, pentru a rezolva această necunoscută și a determina energia de activare, trebuie să se construiască un grafic de ln k vs 1 / T (y vs x), pentru a obține o linie dreaptă și de aici să ia panta și să găsească valoarea lui Ea , după cum sa explicat.
Transformând datele de măsurare, conform ecuației Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A], se găsesc următoarele valori pentru y și, respectiv, pentru x:
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
Din aceste valori și prin intermediul calculului matematic al pantei - fie într-un computer, fie într-un calculator, prin intermediul expresiei m = (YDouă-Da1) / (XDouă-X1) sau folosind metoda de regresie liniară- se obține că m = -Ea / R = -2,09 * 104 K. Astfel:
Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 104 K)
= 1,74 * 105 = 1,74 * 10Două kJ / mol
Pentru a determina alte energii de activare prin modul grafic, se efectuează o procedură similară.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.