Kemiallinen aktivointi Energia Mitä se käsittää, Laskeminen

 kemiallinen aktivointienergia (kineettisten tutkimusten kannalta) viittaa mahdollisimman vähän energiaa, joka tarvitaan kemiallisen reaktion aloittamiseen. Kemiallisen kinetiikan törmäysten teorian mukaan sanotaan, että kaikilla liikkuvilla molekyyleillä on tietty määrä kineettistä energiaa.

Tämä tarkoittaa sitä, että mitä suurempi on liikkeesi nopeus, sitä suurempi on kineettisen energian suuruus. Tässä mielessä molekyyliä, joka kuljettaa nopeaa liikettä, ei voida jakaa fragmenteiksi sinänsä, joten sen ja toisen molekyylin välillä on oltava törmäys, jotta kemiallinen reaktio voi tapahtua.

Kun näin tapahtuu - kun molekyylien välillä tapahtuu törmäys - murto-osa sen kineettisestä energiasta muuttuu värähtelyenergiaksi. Samoin, jos prosessin alussa kineettinen energia on korkea, törmäykseen osallistuvat molekyylit esittävät niin suurta tärinää, että osa läsnä olevista kemiallisista sidoksista rikkoutuu..

Tämä linkkien rikkominen on ensimmäinen askel reagenssien muuntamisessa tuotteiksi; toisin sanoen näiden muodostamisessa. Toisaalta, jos tämän prosessin alussa kineettinen energia on pieni, on molekyylien "rebound" ilmiö, jonka kautta ne erottavat käytännössä ehjät..

indeksi

• 1 Mitä se koostuu??
  • 1.1 Aktivoitu kompleksi
• 2 Miten se lasketaan?
  • 2.1 Kemiallisen reaktion aktivointienergian laskeminen
• 3 Miten aktivointienergia vaikuttaa reaktion nopeuteen?
• 4 Esimerkkejä aktivointienergian laskemisesta
• 5 Viitteet

Mitä se koostuu??

Molekyylien välisten törmäysten käsitteestä lähtien edellä kuvattujen kemiallisten reaktioiden käynnistämiseksi voidaan sanoa, että törmäyksen aikaansaamiseksi tarvitaan minimimäärä energiaa..

Joten jos energia-arvo on pienempi kuin tämä välttämätön vähimmäismäärä, molekyylien välillä ei yksinkertaisesti tapahdu muutoksia törmäyksen jälkeen, mikä tarkoittaa, että kun tämä energia puuttuu, kyseessä olevat lajit pysyvät lähes ehjinä eikä niitä tapahdu mahdolliset muutokset tämän sokin vuoksi.

Tässä ideoiden järjestyksessä vähimmäisenergiaa, jota tarvitaan muutoksen aikaansaamiseksi molekyylien törmäyksen jälkeen, kutsutaan aktivointienergiaksi.

Toisin sanoen sokkiin osallistuvien molekyylien kokonais- kineettisen energian määrä on yhtä suuri tai suurempi kuin aktivointienergia, jotta kemiallinen reaktio voi tapahtua.

Myös monissa tapauksissa molekyylit törmäävät ja ovat peräisin uudesta lajista, jota kutsutaan aktivoiduksi kompleksiksi, jota kutsutaan myös "siirtymätilaksi", koska se on vain väliaikainen.

Se aiheutuu reagoivista lajeista törmäyksen ja ennen reaktion tuotteiden muodostumista.

Aktivoitu monimutkainen

Edellä mainittu aktivoitu kompleksi muodostaa lajin, jolla on hyvin alhainen stabiilisuus, mutta jolla puolestaan ​​on suuri määrä potentiaalista energiaa.

Seuraavassa kaaviossa on esitetty reaktanttien muuntuminen tuotteiksi, ilmaistuna energiana ja huomaten, että muodostuneen aktivoidun kompleksin energian suuruus on huomattavasti suurempi kuin reagenssien ja tuotteiden energia..

Jos reaktion lopussa tuotteilla on suurempi stabiilisuus kuin reagoivilla aineilla, energia vapautuu lämmön muodossa, jolloin saadaan eksoterminen reaktio..

Päinvastoin, jos reagoivat aineet tuottavat suurempaa stabiilisuutta kuin tuotteet, se tarkoittaa, että reaktioseos ilmentää energian imeytymistä lämmön muodossa sen ympäristöstä, mikä johtaa endotermiseen reaktioon..

Samoin, jos yksi tapaus tai toinen tapahtuu, on rakennettava kaavio, kuten edellä on esitetty, jossa piirretään järjestelmän potentiaalienergia, joka reagoi reaktion etenemiseen tai etenemiseen..

Tällä tavoin saadaan aikaan mahdolliset energiamuutokset, jotka tapahtuvat reaktion jatkuessa, ja reagenssit transformoidaan tuotteiksi.

Miten se lasketaan?

Kemiallisen reaktion aktivointienergia liittyy läheisesti kyseisen reaktion nopeusvakioon ja tämän vakion riippuvuus lämpötilasta esitetään Arrhenius-yhtälöllä:

k = Ae^{-Ea / RT}

Tässä lausekkeessa K on reaktion nopeusvakio (joka riippuu lämpötilasta) ja parametrista sitä kutsutaan taajuustekijäksi, ja se on molekyylien välisten törmäysten taajuuden mitta.

Oman puolestaan, ja ilmaisee luonnollisten logaritmien sarjan. Se nostetaan tehoon, joka on yhtä suuri kuin aktivointienergian negatiivinen osamäärä (Ea) kaasun vakiona syntyvän tuotteen välillä (R) ja absoluuttinen lämpötila (T) järjestelmän harkitsemiseksi.

On huomattava, että taajuuskerrointa voidaan pitää vakiona tietyissä reaktiojärjestelmissä laajalla lämpötila-alueella.

Tämä matemaattinen lauseke oli alun perin tarkoitettu hollantilaisen alkuteknikon Jacobus Henricus van't Hoffin mukaan vuonna 1884, mutta kuka antoi sille tieteellisen pätevyyden ja tulkitsi sen lähtökohtana ruotsalainen kemisti Svante Arrhenius vuonna 1889.

Kemiallisen reaktion aktivointienergian laskeminen

Arrhenius-yhtälössä korostetaan suoraa suhteellisuutta, joka on reaktion nopeusvakion ja molekyylien välisten yhteyksien taajuuden välillä.

Myös tätä yhtälöä voidaan esittää sopivammin käyttämällä luonnollisten logaritmien ominaisuutta yhtälön kummallekin puolelle, jolloin saadaan:

ln k = ln A - Ea / RT

Kun termejä järjestetään uudelleen linjan yhtälön (y = mx + b) saamiseksi, saavutetaan seuraava lauseke:

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

Kun siis luodaan ln k: n ja 1 / T: n kaavion, saadaan suora viiva, jossa ln k edustaa y-koordinaattia, (- A / R) edustaa rivin kaltevuutta (m), (1 / T) edustaa koordinaattia x ja ln A edustaa ordinaattien akselin (b) leikkausta.

Kuten voidaan nähdä, tästä laskennasta johtuva kaltevuus on yhtä suuri kuin -Ea / R. Tämä merkitsee sitä, että jos halutaan saada aktivointienergian arvo tämän lausekkeen avulla, on tehtävä yksinkertainen selvitys, joka johtaa:

Ea = -mR

Täällä me tiedämme, että m: n ja R: n arvo on vakio, joka on 8,314 J / K · mol.

Miten aktivointienergia vaikuttaa reaktion nopeuteen?

Kun yritetään tehdä kuva aktivointienergiasta, sitä voidaan pitää esteenä, joka ei salli reaktiota alempien energiamolekyylien välillä.

Kuten yleisessä reaktiossa tapahtuu, reagoivien molekyylien määrä on melko suuri, näiden molekyylien nopeus - ja vastaavasti - kineettinen energia voi olla hyvin vaihteleva.

Yleensä tapahtuu, että vain pieni osa niiden molekyylien kokonaisuudesta, joilla on törmäys - ne, joilla on suurempi liikkumisnopeus - esittävät tarpeeksi kineettistä energiaa voidakseen voittaa aktivointienergian suuruuden. Niinpä nämä molekyylit ovat sopivia ja kykenevät olemaan osa reaktiota.

Arrhenius-yhtälön mukaan negatiivinen merkki, joka edeltää aktivoitumisenergian ja kaasun vakiotuotteen välistä osuutta absoluuttisen lämpötilan mukaan, tarkoittaa, että nopeusvakio pienenee, kun aktivointienergia kasvaa, sekä kasvua, kun lämpötila nousee.

Esimerkkejä aktivointienergian laskemisesta

Aktivointienergian laskemiseksi rakentamalla kaavio Arrhenius-yhtälön mukaan meillä on, että asetaldehydin hajoamisreaktion nopeusvakiot on mitattu viidellä eri lämpötilalla ja haluamme määrittää aktivointienergian reaktiolle, joka ilmaistaan ​​seuraavasti:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Viiden mittauksen tiedot ovat seuraavat:

k (1 / M^1/2S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

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

Ensinnäkin tämän ongelman ratkaisemiseksi ja aktivointienergian määrittämiseksi meidän täytyy rakentaa ln k vs 1 / T (y vs x), jotta saadaan suora viiva ja täältä toteutetaan rinne ja etsitään Ea: n arvo. kuten selitettiin.

Mittausten datan muuntaminen Arrhenius-yhtälön [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A mukaan seuraavat arvot löytyvät y: lle ja x: lle:

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

Näistä arvoista ja kaltevuuden matemaattisen laskennan avulla joko tietokoneessa tai laskimessa ilmaisulla m = (Y₂-ja₁) / (X₂-X₁) tai käyttämällä lineaarista regressiomenetelmää - saadaan, että m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Joten:

Ea = (8,314 J / K · mol) (2,09 * 10⁴ K)

= 1,74 * 10⁵ = 1,74 * 10² kJ / mol

Muiden aktivoinnin energioiden määrittämiseksi graafisella tavalla suoritetaan vastaava menettely.

viittaukset

1. Wikipedia. (N.D.). Aktivointienergia. Haettu osoitteesta en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kemia, yhdeksäs painos. Meksiko: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Aktivointienergia. Haettu osoitteesta britannica.com
4. Moore, J. W. ja Pearson, R. G. (1961). Kineettisyys ja mekanismi. Haettu osoitteesta books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Metallien korroosio: fysikaalis-kemialliset periaatteet ja nykyiset ongelmat. Haettu osoitteesta books.google.co.ve