L'energia di attivazione è la quantità di energia che deve essere fornita per consentire una reazione chimica. Il seguente esempio di esempio mostra come determinare l'energia di attivazione di una reazione dalle costanti della velocità di reazione a diverse temperature.
Problema energetico di attivazione
È stata osservata una reazione di secondo ordine. Il velocità di reazione la costante a tre gradi Celsius è risultata essere 8,9 x 10-3 L / mol e 7,1 x 10-2 L / mol a 35 gradi Celsius. Qual è l'energia di attivazione di questa reazione?
Soluzione
Il energia di attivazione può essere determinato usando l'equazione:
ln (k2/K1) = Eun'/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
dove
Eun' = energia di attivazione della reazione in J / mol
R = la costante del gas ideale = 8.3145 J / K · mol
T1 e T2 = temperature assolute (in Kelvin)
K1 e k2 = le costanti della velocità di reazione a T1 e T2
Passo 1: Converti le temperature da gradi Celsius a Kelvin
T = gradi Celsius + 273.15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Passo 2 - Trova Eun'
ln (k2/K1) = Eun'/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = Eun'/8.3145 J / K · mol x (1 / 276.15 K - 1 / 308.15 K)
ln (7,98) = Eun'/8.3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2.077 = Eun'(4,52 x 10-5 mol / J)
Eun' = 4,59 x 104 J / mol
o in kJ / mol, (dividere per 1000)
Eun' = 45,9 kJ / mol
Risposta: L'energia di attivazione per questa reazione è 4,59 x 104 J / mol o 45,9 kJ / mol.
Come utilizzare un grafico per trovare energia di attivazione
Un altro modo per calcolare l'energia di attivazione di una reazione è di rappresentare graficamente ln k (la costante di velocità) rispetto a 1 / T (l'inverso della temperatura in Kelvin). La trama formerà una linea retta espressa dall'equazione:
m = - Eun'/ R
dove m è la pendenza della linea, Ea è l'energia di attivazione e R è la costante di gas ideale di 8.314 J / mol-K. Se hai effettuato misurazioni della temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit, ricorda di convertirle in Kelvin prima di calcolare 1 / T e tracciare il grafico.
Se dovessi creare un diagramma dell'energia della reazione rispetto alla coordinata della reazione, la differenza tra l'energia della reagenti e prodotti sarebbero ΔH, mentre l'energia in eccesso (la parte della curva sopra quella dei prodotti) sarebbe l'attivazione energia.
Tieni presente che, mentre la maggior parte delle velocità di reazione aumenta con la temperatura, in alcuni casi la velocità di reazione diminuisce con la temperatura. Queste reazioni hanno energia di attivazione negativa. Quindi, mentre dovresti aspettarti che l'energia di attivazione sia un numero positivo, tieni presente che è possibile che sia anche negativo.
Chi ha scoperto l'energia di attivazione?
Scienziato svedese Svante Arrhenius propose il termine "energia di attivazione" nel 1880 per definire l'energia minima necessaria affinché un insieme di reagenti chimici interagisse e formasse prodotti. In un diagramma, l'energia di attivazione viene rappresentata come l'altezza di una barriera di energia tra due punti minimi di energia potenziale. I punti minimi sono le energie dei reagenti e dei prodotti stabili.
Anche le reazioni esotermiche, come l'accensione di una candela, richiedono un apporto energetico. In caso di combustione, una reazione accesa o un calore estremo iniziano la reazione. Da lì, il calore sviluppato dalla reazione fornisce l'energia per renderlo autosufficiente.