Energia aktywacji

Energia aktywacji - jest podawaną często w przeliczeniu na 1 mol substancji wielkością bariery energetycznej (w skali mikroskopowej - bariera potencjału), którą musi pokonać układ reagujących indywiduów chemicznych, aby doszło do reakcji chemicznej.

Zależność energii aktywacji (E_a) od kierunku reakcji i wpływ katalizatora; X, Y – reagenty, ΔH – entalpia swobodna reakcji

Energię aktywacji dla reakcji można wyznaczyć na podstawie równania Arrheniusa, opisującego zależność szybkości reakcji od temperatury:

${\displaystyle k=Ae^{{-E_{a}}/{RT}}}$

${\displaystyle E_{a}=-RT\ln \left({\frac {k}{A}}\right)}$

gdzie:

• k - stała szybkości reakcji
• A - stała dla danej reakcji, zwana też czynnikiem przedwykładniczym
• R - (uniwersalna) stała gazowa
• T - temperatura

Zachodzi więc bezpośredni związek między energią aktywacji i szybkością reakcji: im E_a mniejsze, tym szybkość ta większa. Katalizatory obniżają energię aktywacji przez tworzenie kompleksów przejściowych z substratami. Oprócz tego energia ta jest zależna od wielu czynników.

Przykłady

• tlen zmieszany z wodorem w temperaturze pokojowej nie reaguje: chociaż bilans energetyczny reakcji jest korzystny, aby reakcja zaszła cząsteczki muszą zderzyć się z odpowiednią energią, co pozwoli pokonać im barierę potencjału. Rozkład Boltzmanna określa, jaka część cząsteczek w danej temperaturze jest w stanie pokonać tę barierę. Jeżeli takich cząsteczek jest zbyt mało, wówczas energia uzyskana w tych bardzo rzadkich zderzeniach efektywnych - czyli tych, w których doszło do reakcji (decyduje o tym nie tylko energia, ale również np. kąty zderzenia i to, czy są to zderzenia centralne itd.) - jest rozpraszana w zderzeniach z pozostałymi zimnymi (niskoenergetycznymi) cząsteczkami układu. Reakcja będzie zachodzić, gdy:
  • proporcja O₂:H₂ będzie w odpowiednim zakresie (nadmiar/niedomiar jednego ze składników zmniejsza prawdopodobieństwo efektywnych zderzeń)
  • układowi zostanie lokalnie dostarczona dodatkowa energia, dostatecznie duża, aby nie rozproszyła się w zderzeniach z zimnymi cząsteczkami układu (iskra elektryczna, płomień)
  • zostanie wykorzystany odpowiedni katalizator zmniejszający energię aktywacji (zobacz ogniwo paliwowe).

Zobacz też

• Kataliza
• Kinetyka chemiczna
• Równanie Arrheniusa