Energi Pengaktifan Kimia Apa Ia Terdiri, Pengiraan

The tenaga pengaktifan kimia (dari sudut pandang kajian kinetik) merujuk kepada jumlah tenaga minimum yang diperlukan untuk memulakan tindak balas kimia. Menurut teori perlanggaran dalam kinetika kimia, dikatakan bahawa semua molekul yang bergerak mempunyai sejumlah tenaga kinetik.

Ini bermakna bahawa semakin besar kelajuan pergerakan anda, semakin besar tenaga kinetik anda. Dalam pengertian ini, molekul yang membawa pergerakan pesat tidak boleh dibahagikan kepada serpihan dengan sendirinya, sehingga perlanggaran mesti berlaku di antaranya dan molekul lain supaya reaksi kimia dapat terjadi.

Apabila ini berlaku - apabila perlanggaran terjadi di antara molekul - sebahagian kecil daripada tenaga kinetiknya berubah menjadi tenaga getaran. Begitu juga, jika pada permulaan proses tenaga kinetik tinggi, molekul-molekul yang berpartisipasi dalam perlanggaran akan menyebabkan getaran yang sangat besar sehingga beberapa ikatan kimia yang akan dipecah..

Pecahnya pautan adalah langkah pertama dalam transformasi reaktan ke dalam produk; iaitu, dalam pembentukannya. Sebaliknya, jika pada permulaan proses ini, tenaga kinetik adalah magnitud yang kecil, akan ada fenomena "rebound" molekul, di mana ia akan memisahkan secara praktikal..

Indeks

• 1 Apa itu terdiri daripada??
  • 1.1 Kompleks yang diaktifkan
• 2 Bagaimana ia dikira?
  • 2.1 Pengiraan tenaga pengaktifan tindak balas kimia
• 3 Bagaimana tenaga pengaktifan mempengaruhi kelajuan reaksi?
• 4 Contoh pengiraan tenaga pengaktifan
• 5 Rujukan

Apa itu terdiri daripada??

Bermula dari konsep perlanggaran di antara molekul untuk memulakan tindak balas kimia yang diterangkan sebelum ini, boleh dikatakan bahawa terdapat tenaga minimum yang diperlukan untuk perlanggaran yang berlaku.

Jadi, jika nilai tenaga adalah kurang daripada minimum yang diperlukan, hanya akan ada perubahan antara molekul selepas penyerahan perlanggaran, yang bermaksud bahawa apabila tenaga ini tidak hadir, spesis yang terlibat kekal sebahagian besarnya utuh dan tidak akan berlaku sebarang perubahan akibat kejutan ini.

Dalam urutan idea ini, tenaga minimum yang diperlukan untuk perubahan berlaku selepas perlanggaran antara molekul dipanggil tenaga pengaktifan.

Dengan kata lain, molekul yang terlibat dalam kejutan mestilah mempunyai jumlah tenaga kinetik total dengan magnitud sama dengan atau lebih besar daripada tenaga pengaktifan supaya tindak balas kimia dapat berlaku.

Juga, dalam banyak kes molekul bertabrakan dan berasal spesies baru yang dikenali sebagai kompleks aktif, struktur yang juga dikenali sebagai "keadaan peralihan" kerana ia hanya ada buat sementara waktu.

Ia disebabkan oleh spesies reaktan akibat perlanggaran dan sebelum pembentukan produk tindak balas.

Kompleks diaktifkan

Kompleks teraktif yang disebutkan di atas membentuk spesies yang mempunyai kestabilan yang sangat rendah tetapi yang pada gilirannya mempunyai banyak potensi energi.

Rajah berikut menunjukkan transformasi reaktan kepada produk, yang dinyatakan dari segi tenaga dan menyatakan bahawa magnitud tenaga kompleks diaktifkan yang terbentuk jauh lebih besar daripada reaktan dan produk..

Jika pada akhir tindak balas produk mempunyai kestabilan yang lebih besar daripada bahan reaktan, pelepasan tenaga berlaku dalam bentuk haba, memberikan reaksi eksotermik..

Sebaliknya, jika reaktan menghasilkan kestabilan magnitud yang lebih tinggi daripada produk, ini bermakna campuran tindak balas menyerupai penyerapan tenaga dalam bentuk haba dari persekitarannya, menghasilkan tindak balas endotermik..

Begitu juga, jika satu kes atau yang lain berlaku, gambarajah mesti dibina, seperti yang ditunjukkan sebelum ini, di mana potensi tenaga sistem yang bertindak balas terhadap kemajuan atau kemajuan tindak balas telah diplotkan..

Dengan cara ini, perubahan tenaga berpotensi yang berlaku apabila reaksi terus diperoleh dan reaktan diubah menjadi produk.

Bagaimana ia dikira?

Tenaga pengaktifan tindak balas kimia berkait rapat dengan pemalar halaju reaksi itu, dan pergantungan pemalar ini pada suhu ditunjukkan oleh persamaan Arrhenius:

k = Ae^{-Ea / RT}

Dalam ungkapan ini k mewakili pemalar kadar tindak balas (yang bergantung kepada suhu) dan parameter A ia dipanggil faktor frekuensi, dan ia adalah ukuran kekerapan perlanggaran antara molekul.

Untuk bahagiannya, e menyatakan asas siri logaritma semulajadi. Ia dinaikkan kepada kuasa yang sama dengan kuasa negatif tenaga pengaktifan (Ea) antara produk yang terhasil daripada pemalar gas (R) dan suhu mutlak (T) sistem untuk dipertimbangkan.

Perlu diingatkan bahawa faktor kekerapan boleh dipertimbangkan sebagai pemalar dalam sistem tindak balas tertentu dalam julat suhu yang luas.

Ini ungkapan matematik didakwa pada mulanya oleh ahli kimia kelahiran Belanda Jacobus Henricus van't Hoff pada tahun 1884, tetapi yang memberikan kesahihan saintifik dan ditafsirkan premisnya adalah ahli kimia Sweden Svante Arrhenius asal, pada tahun 1889.

Pengiraan tenaga pengaktifan tindak balas kimia

Persamaan Arrhenius menunjukkan perkadaran langsung yang wujud antara pemalar halaju reaksi dan kekerapan benturan antara molekul.

Juga, persamaan ini boleh diwakili dengan cara yang lebih mudah dengan menggunakan sifat logaritma semulajadi untuk setiap persamaan, mendapatkan:

ln k = ln A - Ea / RT

Apabila menyusun semula istilah untuk mendapatkan persamaan garis (y = mx + b), ungkapan berikut dicapai:

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

Jadi, apabila membina plot ln k terhadap 1 / T dalam garisan lurus, di mana ln k diperolehi mewakili y koordinat, (-Ea / R) mewakili kecerunan garis (m), (1 / T) mewakili koordinat x, dan ln A mewakili persimpangan dengan paksi ordinat (b).

Seperti yang dapat dilihat, cerun akibat pengiraan ini adalah sama dengan nilai -Ea / R. Ini menunjukkan bahawa, jika ia dikehendaki untuk mendapatkan nilai tenaga pengaktifan dengan menggunakan ungkapan ini, penjelasan mudah dilakukan, yang menyebabkan:

Ea = -mR

Di sini kita tahu nilai m dan R adalah sama dengan 8.314 J / K · mol.

Bagaimanakah tenaga pengaktifan mempengaruhi kelajuan reaksi??

Apabila cuba membuat imej tenaga pengaktifan, ia boleh dianggap sebagai penghalang yang tidak membenarkan tindak balas berlaku di antara molekul tenaga yang lebih rendah.

Seperti dalam tindak balas yang sama berlaku bahawa bilangan molekul yang boleh bertindak balas adalah agak besar, kelajuan - dan setara, tenaga kinetik molekul - boleh sangat berubah.

Ia biasanya berlaku bahawa hanya sejumlah kecil molekul yang mengalami perlanggaran - yang mempunyai kelajuan pergerakan yang lebih besar - mempunyai tenaga kinetik yang cukup untuk dapat mengatasi magnitud tenaga pengaktifan. Oleh itu, molekul-molekul ini sesuai dan boleh menjadi sebahagian daripada reaksi.

Mengikut persamaan Arrhenius, tanda negatif yang mendahului nisbah antara tenaga pengaktifan dan hasil pemalar gas dengan suhu mutlak membayangkan bahawa hadiah kadar malar berkurangan mempunyai peningkatan dalam tenaga pengaktifan, serta pertumbuhan apabila suhu meningkat.

Contoh pengiraan tenaga pengaktifan

Untuk mengira tenaga pengaktifan dengan membina graf, menurut persamaan Arrhenius, mestilah pemalar kadar bagi tindak balas penguraian Asetaldehid diukur di lima suhu yang berbeza dan dikehendaki untuk menentukan tenaga pengaktifan untuk tindak balas yang dinyatakan sebagai:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Data lima pengukuran adalah berikut:

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

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

Pertama, untuk menyelesaikan misteri ini dan menentukan tenaga pengaktifan adalah untuk membina plot ln k vs 1 / T (y vs x) untuk mendapatkan garis lurus dan dari sini mengambil cerun dan cari nilai Ea, seperti yang dijelaskan.

Mengubah data pengukuran, menurut persamaan Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] nilai berikut dijumpai untuk y dan x, masing-masing:

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

Daripada nilai-nilai ini dan dengan cara pengiraan matematik cerun - sama ada dalam komputer atau dalam kalkulator, dengan menggunakan ungkapan m = (Y₂-Y₁) / (X₂-X₁) atau menggunakan kaedah regresi linier - kita memperoleh m = -Ea / R = -2.09 * 10⁴ K. Jadi:

Ea = (8.314 J / K · mol) (2.09 * 10⁴ K)

= 1.74 * 10⁵ = 1.74 * 10² kJ / mol

Untuk menentukan tenaga pengaktifan lain melalui cara grafik, prosedur yang serupa dijalankan.

Rujukan

1. Wikipedia. (s.f.). Tenaga Pengaktifan. Diambil dari en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kimia, Edisi kesembilan. Mexico: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Tenaga pengaktifan. Diperolehi daripada britannica.com
4. Moore, J. W. dan Pearson, R. G. (1961). Kinetik dan Mekanisme. Diperoleh dari books.google.com
5. Kaesche, H. (2003). Hakisan Logam: Prinsip Fizikokimia dan Masalah Semasa. Diperoleh dari books.google.com