Chemická aktivácia energie Čo sa skladá z, Výpočet

 chemická aktivačná energia (z hľadiska kinetických štúdií) sa týka najmenej možného množstva energie potrebnej na spustenie chemickej reakcie. Podľa teórie kolízií v chemickej kinetike sa hovorí, že všetky molekuly, ktoré sú v pohybe, majú určité množstvo kinetickej energie.

To znamená, že čím väčšia je rýchlosť pohybu, tým väčšia je vaša kinetická energia. V tomto zmysle molekula, ktorá nesie rýchly pohyb, nemôže byť rozdelená na fragmenty sama o sebe, takže medzi ňou a inou molekulou musí dôjsť ku kolízii, aby mohla nastať chemická reakcia..

Keď sa to stane, keď dôjde ku kolízii medzi molekulami-zlomok svojej kinetickej energie je premenená vibračného typu energie. Tiež, ak na začiatku procesu kinetickej energie je vysoká, molekuly zapojené do kolízie predstaví tak veľké vibrácie, že niektoré z chemických väzieb prítomných sú rozbité.

Toto štiepenie väzby je prvým krokom v transformácii reakčných látok vo výrobkoch; teda vo vytvorení z nich. Naopak, ak je na začiatku tohto procesu sa kinetická energia je malé čo do veľkosti, bude mať fenomén "rebound" molekúl, ktorými tieto boli oddelené v podstate bezo zmeny.

index

• 1 Z čoho sa skladá??
  • 1.1 Aktivovaný komplex
• 2 Ako sa vypočíta?
  • 2.1 Výpočet aktivačnej energie chemickej reakcie
• 3 Ako aktivačná energia ovplyvňuje rýchlosť reakcie?
• 4 Príklady výpočtu aktivačnej energie
• 5 Referencie

Z čoho sa skladá??

Vychádzajúc z koncepcie kolízií medzi molekulami, aby sa iniciovali chemické reakcie opísané vyššie, možno povedať, že na kolíziu je potrebné minimálne množstvo energie..

Ak je teda energetická hodnota menšia ako toto nevyhnutné minimum, potom, čo nastane kolízia, medzi molekulami nebude žiadna zmena, čo znamená, že keď táto energia chýba, zostanú tieto druhy prakticky neporušené a nebudú sa vyskytovať. akékoľvek zmeny spôsobené týmto šokom.

V tomto poradí myšlienok sa minimálna energia, ktorá je potrebná na to, aby nastala zmena po zrážke medzi molekulami, nazýva aktivačná energia.

Inými slovami, molekuly zapojené do kolízie, musia mať celkové množstvo kinetickej energie s veľkosťou rovnou alebo väčšou, než je aktivačná energia môže dôjsť k chemickej reakcii.

V mnohých prípadoch sa molekuly zrážajú a spôsobí nové druhy názvom aktivovaný komplex štruktúru, ktorá tiež sa nazýva "prechodný stav", pretože je tam len dočasne.

Je spôsobená druhmi reaktantov v dôsledku kolízie a pred tvorbou produktov reakcie.

Aktivovaný komplex

Uvedený aktivovaný komplex tvorí druh, ktorý má veľmi nízku stabilitu, ale ktorý má zase veľké množstvo potenciálnej energie.

Nasledujúci diagram ukazuje transformáciu reaktantov na produkty, vyjadrené v termínoch energie a poznamenávajúc, že ​​veľkosť energie vytvoreného aktivovaného komplexu je podstatne vyššia ako veľkosť reaktantov a produktov..

Ak majú produkty na konci reakcie vyššiu stabilitu ako reaktanty, uvoľňovanie energie prebieha vo forme tepla, čo vedie k exotermickej reakcii..

Naopak, ak majú reaktanty za následok vyššiu stabilitu ako produkty, znamená to, že reakčná zmes prejavuje absorpciu energie vo forme tepla zo svojho okolia, čo vedie k endotermnej reakcii..

Tiež, ak sa to stane, puzdro alebo iný diagram, ako je uvedené vyššie, kde je potenciálna energia systém reaguje na pokroku alebo priebehu reakcie, musí byť konštruovaná dej.

Týmto spôsobom sa získajú potenciálne zmeny energie, ku ktorým dochádza pri pokračovaní reakcie a reaktanty sa transformujú na produkty.

Ako sa vypočíta?

Aktivačná energia chemickej reakcie úzko súvisí s konštantou rýchlosti tejto reakcie a závislosť tejto konštanty na teplote je reprezentovaná Arrheniovou rovnicou:

k = Ae^{-Ea / RT}

V tomto výraze k predstavuje rýchlostnú konštantu reakcie (ktorá závisí od teploty) a parametra nazýva sa frekvenčný faktor a je to miera frekvencie kolízií medzi molekulami.

Z jeho strany, a vyjadruje základ série prirodzených logaritmov. Je zvýšená na výkon rovnajúci sa negatívnemu kvocientu aktivačnej energie (Ea) medzi produktom, ktorý je výsledkom konštanty plynu (\ tR) a absolútnej teploty (T) systému na zváženie.

Treba poznamenať, že frekvenčný faktor možno považovať za konštantný v určitých reakčných systémoch v širokom teplotnom rozsahu.

Tento matematický výraz pôvodne predpokladal chemik holandského pôvodu Jacobus Henricus van't Hoff v roku 1884, ktorý mu však dal vedeckú platnosť a interpretoval jeho premisu švédsky chemik Svante Arrhenius, v roku 1889.

Výpočet aktivačnej energie chemickej reakcie

Arrheniova rovnica poukazuje na priamu proporcionalitu, ktorá existuje medzi konštantou rýchlosti reakcie a frekvenciou stretov medzi molekulami..

Táto rovnica môže byť tiež reprezentovaná vhodnejším spôsobom aplikovaním vlastností prirodzených logaritmov na každú stranu rovnice, pričom sa získa:

ln k = ln A - Ea / RT

Pri preskupovaní termínov, aby sa získala rovnica priamky (y = mx + b), sa dosiahne nasledujúci výraz:

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

Takže pri konštruovaní grafu ln k oproti 1 / T získame priamku, kde ln k predstavuje súradnicu y, (- A / R) predstavuje sklon priamky (m), (1 / T) predstavuje súradnicu x a ln A predstavuje priesečník s osou súradníc (b).

Ako je možné vidieť, sklon vyplývajúci z tohto výpočtu sa rovná hodnote -Ea / R. To znamená, že ak je žiaduce získať hodnotu aktivačnej energie prostredníctvom tohto výrazu, malo by sa vykonať jednoduché zúčtovanie, čo by malo za následok:

Ea = -mR

Tu vieme, že hodnota m a R je konštanta rovná 8,314 J / K · mol.

Ako aktivačná energia ovplyvňuje rýchlosť reakcie?

Keď sa pokúšate vytvoriť obraz aktivačnej energie, možno ju považovať za bariéru, ktorá neumožňuje, aby sa vyskytla reakcia medzi nižšími molekulami energie..

Rovnako ako v bežná reakcia sa stane, že množstvo molekúl, ktoré môžu reagovať je pomerne veľká, rýchlosť-a ekvivalentne, kinetická energia týchto molekúl, môže byť vysoko variabilné.

Zvyčajne sa stáva, že iba malé množstvo všetkých molekúl, ktoré zažijú kolíziu - tie, ktoré majú väčšiu rýchlosť pohybu - predstavujú dostatok kinetickej energie, aby dokázali prekonať veľkosť aktivačnej energie. Tieto molekuly sú teda vhodné a schopné byť súčasťou reakcie.

Podľa Arrheniovej rovnice, záporné znamienko - ktoré predchádza kvocientu medzi aktivačnou energiou a produktom konštanty plynu absolútnou teplotou - znamená, že konštanta rýchlosti klesá, pretože dochádza k zvýšeniu aktivačnej energie, ako aj rast, keď sa teplota zvyšuje.

Príklady výpočtu aktivačnej energie

Na výpočet aktivačnej energie vytvorením grafu, podľa Arrheniovej rovnice, máme, že rýchlostné konštanty pre rozkladnú reakciu acetaldehydu boli merané pri piatich rôznych teplotách a chceme určiť aktivačnú energiu pre reakciu, ktorá je vyjadrená ako:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Údaje z piatich meraní sú nasledovné:

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

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

Po prvé, aby sme vyriešili túto neznámu a určili aktivačnú energiu, musíme vytvoriť graf ln k vs 1 / T (y vs x), aby sme získali priamku a odtiaľ vezmite svah a nájdite hodnotu Ea, ako je vysvetlené.

Transformáciou údajov z meraní podľa Arrheniovej rovnice [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] sa zistia nasledujúce hodnoty pre y a x:

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

Z týchto hodnôt a pomocou matematického výpočtu sklonu - buď v počítači alebo v kalkulačke, pomocou výrazu m = (Y₂-a₁) / (X₂-X₁) alebo použitím lineárnej regresnej metódy - získame, že m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Takže:

Ea = (8,314 J / K-mol) (2,09 x 10%)⁴ K)

= 1,74 * 10⁵ = 1,74 * 10² kJ / mol

Na určenie ďalších energií aktivácie grafickým spôsobom sa vykoná podobný postup.

referencie

1. Wikipedia. (N. D.). Aktivačná energia. Zdroj: en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chémia, deviate vydanie. Mexiko: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Aktivačná energia. Získané z britannica.com
4. Moore, J. W. a Pearson, R.G. (1961). Kinetika a mechanizmus. Zdroj: books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Korózia kovov: Fyzikálno-chemické princípy a súčasné problémy. Zdroj: books.google.co.ve