Cum se calculează energia de activare

Energia de activare este cantitatea de energie care trebuie furnizată pentru ca o reacție chimică să aibă loc. Exemplul problemei de mai jos demonstrează modul de determinare a energiei de activare a unei reacții din constante de viteză de reacție la diferite temperaturi.

Problema energiei de activare

S-a observat o reacție de ordinul doi. Constanta vitezei de reacție la trei grade Celsius sa dovedit a fi 8,9 x 10^-3 L / mol și 7,1 x 10^-2 L / mol la 35 de grade Celsius. Care este energia de activare a acestei reacții?

Soluţie

Energia de activare poate fi determinată folosind ecuația:
ln (k₂/ k₁) = E_A/ R x (1 / T₁ - 1 / T₂)
Unde
E_A = energia de activare a reacției în J / mol
R = constanta ideală de gaz = 8,3145 J / K · mol
T₁ Si t₂ = temperaturi absolute (în Kelvin)
k₁ și k₂ = constantele vitezei de reacție la T₁ Si t₂

Pasul 1: Convertiți temperaturile de la grade Celsius în Kelvin
T = grade Celsius + 273,15
T₁ = 3 + 273,15
T₁ = 276,15 K
T₂ = 35 + 273,15
T₂ = 308.15 Kelvin

Pasul 2 - Găsiți E_A
ln (k₂/ k₁) = E_A/ R x (1 / T₁ - 1 / T₂)
ln (7,1 x 10)^-2/ 8,9 x 10^-3) = E_A/8.3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = E_A/8.3145 J / K · mol x 3,76 x 10^-4 K^-1
2.077 = E_A(4,52 x 10^-5 mol / J)
E_A = 4,59 x 10⁴ J / mol
sau în kJ / mol, (împărțiți la 1000)
E_A = 45,9 kJ / mol

Răspuns: Energia de activare pentru această reacție este de 4,59 x 10⁴ J / mol sau 45,9 kJ / mol.

Cum să utilizați un grafic pentru a găsi energie de activare

Un alt mod de a calcula energia de activare a unei reacții este de a grafica ln k (constanta de viteză) față de 1 / T (inversul temperaturii în Kelvin). Diagrama va forma o linie dreaptă exprimată prin ecuație:

m = - E_A/ R

unde m este panta liniei, Ea este energia de activare, iar R este constanta ideală de gaz de 8,314 J / mol-K. Dacă ați efectuat măsurători de temperatură în Celsius sau Fahrenheit, nu uitați să le convertiți în Kelvin înainte de a calcula 1 / T și a forma graficul.

Dacă ar face o diagramă a energiei reacției față de coordonata reacției, diferența dintre energia reactanților și a produselor ar fi ΔH, în timp ce energia în exces (partea curbei deasupra celei a produselor) fie energia de activare.

Rețineți, în timp ce majoritatea ratelor de reacție cresc odată cu temperatura, există unele cazuri în care rata de reacție scade odată cu temperatura. Aceste reacții au energie negativă de activare. Deci, în timp ce ar trebui să vă așteptați ca energia de activare să fie un număr pozitiv, fiți conștienți că este posibil să fie și negativ.

Cine a descoperit energia de activare?

Savantul suedez Svante Arrhenius a propus termenul „energie de activare” în 1880 pentru a defini energia minimă necesară pentru ca un set de reactanți chimici să interacționeze și să formeze produse. Într-o diagramă, energia de activare este grefată ca înălțimea unei bariere energetice între două puncte minime de energie potențială. Punctele minime sunt energiile reactanților și produselor stabile.

Chiar și reacțiile exotermice, cum ar fi arderea unei lumânări, necesită aport de energie. În cazul combustiei, o potrivire aprinsă sau o căldură extremă începe reacția. De acolo, căldura evoluată din reacție furnizează energia pentru a o face să se auto-susțină.