ЕНЕРГИЯ НА ХИМИЧЕСКО АКТИВИРАНЕ: ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ, ИЗЧИСЛЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

На енергията на химично активиране (от гледна точка на кинетичните изследвания на) се отнася до най-малко количество енергия, необходимо за стартиране на химична реакция. Според теорията за сблъсъците в химическата кинетика се казва, че всички молекули, които са в движение, имат определено количество кинетична енергия.

Това означава, че колкото по-голяма е скоростта на нейното движение, толкова по-голяма е величината на кинетичната му енергия. В този смисъл молекула, която извършва бързо движение, не може да бъде разделена на фрагменти сама по себе си, така че трябва да възникне сблъсък между нея и друга молекула, за да се осъществи химическа реакция.

Когато това се случи - когато има сблъсък между молекулите - част от кинетичната им енергия се трансформира във вибрационна енергия. По същия начин, ако в началото на процеса кинетичната енергия е висока, молекулите, които участват в сблъсъка, ще представят такава голяма вибрация, че някои от присъстващите химически връзки ще бъдат разрушени.

Това разбиване на връзки представлява първата стъпка в трансформацията на реагентите в продукти; тоест при формирането на тези. Напротив, ако в началото на този процес кинетичната енергия е с малка величина, ще има феномен „отскок“ на молекулите, чрез който те ще се отделят практически непокътнати.

От какво се състои тя?

Изхождайки от концепцията за сблъсъци между молекулите за иницииране на химически реакции, описани по-горе, може да се каже, че има минимално количество енергия, необходимо за сблъсък.

Така че, ако енергийната стойност е по-малка от този необходим минимум, няма да има промяна между молекулите след сблъсъка, което означава, че когато тази енергия отсъства, участващите видове остават практически непокътнати и няма да се случи. всяка промяна поради тази катастрофа.

В този ред на идеи минималната енергия, необходима за промяна, която да настъпи след сблъсък между молекули, се нарича енергия на активиране.

С други думи, молекулите, участващи в сблъсък, трябва да притежават общо количество кинетична енергия, равна или по-голяма от енергията на активиране, за да възникне химическа реакция.

По същия начин, в много случаи молекулите се сблъскват и пораждат нов вид, наречен активиран комплекс, структура, която също се нарича "преходно състояние", защото съществува само временно.

Причинява се от реагиращите видове поради сблъсъка и преди образуването на реакционните продукти.

Активиран комплекс

Горепосоченият активиран комплекс образува вид, който има много ниска стабилност, но който от своя страна има голяма степен на потенциална енергия.

Следващата диаграма показва преобразуването на реагентите в продукти, изразено като енергия и отбелязвайки, че величината на енергията на активирания комплекс, който се образува, е значително по-голяма от тази на реагентите и продуктите.

Ако в края на реакцията продуктите имат по-голяма стабилност от реагентите, се получава отделяне на енергия под формата на топлина, което води до екзотермична реакция.

Напротив, ако реагентите водят до стабилност с по-голяма величина от продуктите, това означава, че реакционната смес проявява абсорбиране на енергия под формата на топлина от нейното обкръжение, което води до ендотермична реакция.

По същия начин, ако се случи един или друг случай, трябва да се изгради диаграма като тази, показана по-рано, където се очертава потенциалната енергия на системата, която реагира срещу напредването или напредъка на реакцията.

По този начин се получават потенциалните енергийни промени, които настъпват с протичането на реакцията и реагентите се трансформират в продукти.

Как се изчислява?

Енергията на активиране на химична реакция е тясно свързана с константата на скоростта на споменатата реакция и зависимостта на тази константа по отношение на температурата е представена от уравнението на Аррений:

k = Ae- ^{Ea / RT}

В този израз k представлява константата на скоростта на реакцията (която зависи от температурата), а параметърът A се нарича честотен коефициент и е мярка за честотата на сблъсъците между молекулите.

От своя страна, e изразява основата на поредицата от естествени логаритми. Той се повишава до мощност, равна на отрицателния коефициент на активиращата енергия (Ea) между получения продукт на газовата константа (R) и абсолютната температура (T) на системата, която трябва да се вземе предвид.

Трябва да се отбележи, че честотният фактор може да се счита за константа в определени реакционни системи в широк температурен диапазон.

Първоначално този математически израз е поет от холандския химик Якобус Хенрикус вант Хоф през 1884 г., но този, който му придава научна валидност и тълкува неговата предпоставка, е шведският химик Сванте Аррений през 1889 година.

Изчисляване на енергията на активиране на химическа реакция

Уравнението на Аррений указва пряката пропорционалност, която съществува между константата на скоростта на реакцията и честотата на сблъсъци между молекулите.

По същия начин това уравнение може да бъде представено по-удобен начин, като се приложи свойството на естествените логаритми към всяка страна на уравнението, получавайки:

ln k = ln A - Ea / RT

Когато термините са пренаредени по отношение на получаване на уравнението на права (y = mx + b), се получава следният израз:

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

И така, когато се конструира графика на ln k срещу 1 / T, се получава права линия, където ln k представлява координатата и, (-Ea / R) представлява наклона на линията (m), (1 / T) представлява x координата, а ln A представлява прехващането с оста на ордината (b).

Както се вижда, наклонът в резултат на това изчисление е равен на стойността на –Ea / R. Това означава, че ако искате да получите стойността на енергията на активиране с помощта на този израз, трябва да извършите просто изясняване, което води до:

Ea = –MR

Тук знаем стойността на m и R е константа, равна на 8,314 J / K · mol.

Как енергията на активиране влияе на скоростта на реакцията?

Когато се опитвате да добиете картина на енергията на активиране, тя може да се разглежда като бариера, която не позволява да възникне реакция между молекулите с по-ниска енергия.

Както в обща реакция се случва, че броят на молекулите, които могат да реагират, е доста голям, скоростта - и съответно кинетичната енергия на тези молекули - може да бъде много променлива.

Обикновено се случва, че само малък брой от всички молекули, които изпитват сблъсък - тези, които имат по-голяма скорост на движение - имат достатъчно кинетична енергия, за да могат да надхвърлят величината на активиращата енергия. Така че тези молекули са годни и могат да бъдат част от реакцията.

Според уравнението на Арений отрицателният знак - който предхожда коефициента между активационната енергия и произведението на газовата константа и абсолютната температура - означава, че константата на скоростта намалява, тъй като има увеличение на енергията на активиране, т.е. както и ръст при повишаване на температурата.

Примери за изчисляване на енергия за активиране

За да се изчисли енергията на активиране чрез конструиране на графика, съгласно уравнението на Арений, константите на скоростта на реакцията на разлагане на ацеталдехид са измерени при пет различни температури и е желателно да се определи енергията на активиране за реакцията, която се изразява като:

CH ₃ СНО (ж) → CH ₄ (г) + CO (д)

Данните за петте измервания са както следва:

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

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

На първо място, за да се реши тази неизвестна и да се определи енергията на активиране, трябва да се изгради графика ln k vs 1 / T (y срещу x), за да се получи права линия и от тук да се вземе наклонът и да се намери стойността на Ea, както е обяснено

Преобразувайки данните от измерванията, съгласно уравнението на Арений, се намират следните стойности за y и x, съответно:

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

От тези стойности и чрез математическото изчисляване на наклона - или на компютър или калкулатор, използвайки израза m = (Y ₂ -Y ₁) / (X ₂ -X ₁) или използвайки метода на линейна регресия - получаваме, че m = -Ea / R = -2.09 * 10 ⁴ K. По този начин:

Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 10 ⁴ K)

= 1,74 * 10 ⁵ = 1,74 * 10 ² kJ / mol

За да се определят други енергии на активиране графично, се извършва подобна процедура.

Препратки

1. Wikipedia. (SF). Енергия за активиране. Възстановено от en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Химия, Девето издание. Мексико: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Енергия за активиране. Извлечено от britannica.com
4. Moore, JW и Pearson, RG (1961). Кинетика и механизъм. Възстановени от books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Корозия на металите: физикохимични принципи и текущи проблеми. Получено от books.google.co.ve