Aktiveringsenergi är den mängd energi som måste tillföras för att en kemisk reaktion ska kunna fortsätta. Exempelproblemet nedan visar hur man bestämmer aktiveringsenergin för en reaktion från reaktionshastighetskonstanter vid olika temperaturer.
Aktiveringsenergiproblem
En reaktion av andra ordningen observerades. De reaktionshastighet konstant vid tre grader Celsius befanns vara 8,9 x 10-3 L / mol och 7,1 x 10-2 L / mol vid 35 grader Celsius. Vilken är aktiveringsenergin för denna reaktion?
Lösning
De aktiverings energi kan bestämmas med hjälp av ekvationen:
ln (k2/ k1) = Een/ Rx (1 / T1 - 1 / T2)
var
Een = reaktionens aktiveringsenergi i J / mol
R = den ideala gaskonstanten = 8,3145 J / K · mol
T1 och t2 = absoluta temperaturer (i Kelvin)
k1 och k2 = reaktionshastighetskonstanterna vid T1 och t2
Steg 1: Konvertera temperaturer från grader Celsius till Kelvin
T = grader Celsius + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Steg 2 - Hitta Een
ln (k2/ k1) = Een/ Rx (1 / T
ln (7,1 x 10)-2/8,9 x 10-3) = Een/8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = Een/8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = Een(4,52 x 10)-5 mol / J)
Een = 4,59 x 104 J / mol
eller i kJ / mol, (dividera med 1000)
Een = 45,9 kJ / mol
Svar: Aktiveringsenergin för denna reaktion är 4,59 x 104 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 diagram ln k (hastighetskonstanten) kontra 1 / T (inversen av temperaturen i Kelvin). Plottet kommer att bilda en rak linje uttryckt av ekvationen:
m = - Een/ R
där m är linjens lutning, är Ea aktiveringsenergin, och R är den ideala gaskonstanten på 8.314 J / mol-K. Om du tog temperaturmätningar i Celsius eller Fahrenheit, kom ihåg att konvertera dem till Kelvin innan du beräknar 1 / T och ritade diagrammet.
Om du skulle göra ett diagram över reaktionens energi kontra reaktionskoordinat, är skillnaden mellan energin i reaktanter och produkterna skulle vara ΔH, medan överskottsenergin (delen av kurvan ovanför produkternas) skulle vara aktiveringen energi.
Tänk på att medan de flesta reaktionshastigheter ökar med temperaturen, finns det några fall där reaktionshastigheten minskar med temperaturen. Dessa reaktioner har negativ aktiveringsenergi. Så även om du bör förvänta dig att aktiveringsenergi ska vara ett positivt antal, var du medveten om att det också är möjligt att den är negativ.
Vem upptäckte aktiveringsenergi?
Svensk forskare Svante Arrhenius föreslog termen "aktiveringsenergi" 1880 för att definiera den minsta energi som behövs för en uppsättning kemiska reaktanter för att interagera och bilda produkter. I ett diagram visas aktiveringsenergi som höjden på en energibarriär mellan två minimipoäng potentiell energi. Minsta punkter är de stabila reaktanternas och produkternas energier.
Även exoterma reaktioner, som att bränna ett ljus, kräver energi. Vid förbränning startar en tänd tändsticka eller extrem värme reaktionen. Därifrån levererar värmen från reaktionen energin för att göra den självbärande.