Activeringsenergie is de hoeveelheid energie die moet worden geleverd om een chemische reactie te laten verlopen. Het onderstaande voorbeeldprobleem laat zien hoe de activeringsenergie van een reactie uit reactiesnelheidconstanten bij verschillende temperaturen kan worden bepaald.
Activatie Energie Probleem
Een tweede-orde reactie werd waargenomen. De reactiesnelheid constant bij drie graden Celsius bleek 8,9 x 10 te zijn-3 L / mol en 7,1 x 10-2 L / mol bij 35 graden Celsius. Wat is de activeringsenergie van deze reactie?
Oplossing
De activeringsenergie kan worden bepaald met behulp van de vergelijking:
ln (k2/ k1) = Eeen/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
waar
Eeen = de activeringsenergie van de reactie in J / mol
R = de ideale gasconstante = 8,3145 J / K · mol
T1 en T2 = absolute temperaturen (in Kelvin)
k1 en k2 = de reactiesnelheidconstanten op T1 en T2
Stap 1: Converteren temperaturen van graden Celsius naar Kelvin
T = graden Celsius + 273.15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Stap 2 - Zoek Eeen
ln (k2/ k1) = Eeen/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = Eeen/8.3145 J / K · mol x (1 / 276.15 K - 1 / 308.15 K)
ln (7,98) = Eeen/8.3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2.077 = Eeen(4,52 x 10-5 mol / J)
Eeen = 4,59 x 104 J / mol
of in kJ / mol, (deel door 1000)
Eeen = 45,9 kJ / mol
Antwoord: De activeringsenergie voor deze reactie is 4,59 x 104 J / mol of 45,9 kJ / mol.
Hoe een grafiek te gebruiken om activeringsenergie te vinden
Een andere manier om de activeringsenergie van een reactie te berekenen, is door grafiek ln k (de snelheidsconstante) versus 1 / T (het omgekeerde van de temperatuur in Kelvin) te maken. De plot zal een rechte lijn vormen, uitgedrukt door de vergelijking:
m = - Eeen/ R
waarbij m de helling van de lijn is, Ea de activeringsenergie en R de ideale gasconstante van 8,314 J / mol-K. Als u temperatuurmetingen in Celsius of Fahrenheit hebt uitgevoerd, vergeet dan niet om ze om te zetten in Kelvin voordat u 1 / T berekent en de grafiek uitzet.
Als je een plot zou maken van de energie van de reactie versus de reactiecoördinaat, het verschil tussen de energie van de reactanten en de producten zouden Ah zijn, terwijl de overtollige energie (het deel van de curve boven dat van de producten) de activering zou zijn energie.
Houd er rekening mee dat, hoewel de meeste reactiesnelheden met de temperatuur toenemen, er in sommige gevallen de reactiesnelheid afneemt met de temperatuur. Deze reacties hebben negatieve activeringsenergie. Dus, hoewel je verwacht dat activeringsenergie een positief getal is, moet je er rekening mee houden dat het ook mogelijk is om negatief te zijn.
Wie heeft activeringsenergie ontdekt?
Zweedse wetenschapper Svante Arrhenius stelde in 1880 de term "activeringsenergie" voor om de minimale energie te definiëren die nodig is om een reeks chemische reactanten te laten interageren en producten te vormen. In een diagram wordt de activeringsenergie weergegeven als de hoogte van een energiebarrière tussen twee minimale punten van potentiële energie. De minimumpunten zijn de energieën van de stabiele reactanten en producten.
Zelfs exotherme reacties, zoals het branden van een kaars, vereisen energie-input. Bij verbranding start een brandende lucifer of extreme hitte de reactie. Van daaruit levert de warmte die uit de reactie is geëvolueerd de energie om deze zelfvoorzienend te maken.