KIMYASAL AKTIVASYON ENERJISI: NEYI IÇERIR, HESAPLAMA - KIMYA - 2025

Kimyasal aktivasyon enerjisi (kinetik çalışmalar açısından) bir kimyasal reaksiyonu başlatmak için gerekli enerjinin en miktarını ifade eder. Kimyasal kinetikteki çarpışma teorisine göre, hareket halindeki tüm moleküllerin belirli miktarda kinetik enerjiye sahip olduğu söylenir.

Bu, hareketinin hızı arttıkça kinetik enerjisinin büyüklüğünün de arttığı anlamına gelir. Bu anlamda hızlı hareket eden bir molekül kendi başına parçalara ayrılamaz, bu nedenle kimyasal bir reaksiyonun gerçekleşmesi için başka bir molekülle çarpışması gerekir.

Bu gerçekleştiğinde - moleküller arasında bir çarpışma olduğunda - kinetik enerjilerinin bir kısmı titreşim enerjisine dönüştürülür. Aynı şekilde, sürecin başında kinetik enerji yüksekse, çarpışmaya katılan moleküller o kadar büyük bir titreşim sergileyecek ki, mevcut kimyasal bağların bir kısmı kopacaktır.

Bu bağların kopması, reaktanların ürünlere dönüştürülmesinde ilk adımı oluşturur; yani bunların oluşumunda. Aksine, eğer bu sürecin başlangıcında kinetik enerji küçük büyüklükte ise, moleküllerin pratik olarak bozulmadan ayrıldıkları bir "geri tepme" olgusu olacaktır.

Ne içeriyor?

Daha önce açıklanan kimyasal reaksiyonları başlatmak için moleküller arasındaki çarpışma kavramından yola çıkarak, bir çarpışmanın meydana gelmesi için gereken minimum enerji miktarı olduğu söylenebilir.

Dolayısıyla, enerji değeri bu gerekli minimum değerin altındaysa, çarpışma meydana geldikten sonra moleküller arasında hiçbir değişiklik olmayacaktır, bu da, bu enerji olmadığında, ilgili türlerin pratikte bozulmadan kalacağı ve gerçekleşmeyeceği anlamına gelir. bu çökme nedeniyle herhangi bir değişiklik.

Bu fikir sırasına göre, moleküller arasındaki bir çarpışmadan sonra bir değişimin meydana gelmesi için gereken minimum enerjiye aktivasyon enerjisi denir.

Başka bir deyişle, bir kimyasal reaksiyonun meydana gelmesi için, bir çarpışmaya dahil olan moleküllerin, aktivasyon enerjisine eşit veya ondan daha fazla toplam kinetik enerji miktarına sahip olması gerekir.

Benzer şekilde, birçok durumda moleküller çarpışır ve aktifleştirilmiş kompleks adı verilen yeni bir türe yol açar, bu yapı, yalnızca geçici olarak var olduğu için "geçiş durumu" olarak da adlandırılır.

Çarpışma nedeniyle ve reaksiyon ürünlerinin oluşumundan önce reaksiyona giren türlerden kaynaklanır.

Aktif kompleks

Yukarıda bahsedilen aktive edilmiş kompleks, çok düşük stabiliteye sahip olan ancak karşılığında büyük miktarda potansiyel enerjiye sahip olan bir tür oluşturur.

Aşağıdaki diyagram, enerji cinsinden ifade edilen ve oluşan aktif kompleksin enerjisinin büyüklüğünün, reaktanlar ve ürünlerinkinden önemli ölçüde daha büyük olduğuna dikkat çekerek, reaktanların ürünlere dönüşümünü göstermektedir.

Reaksiyonun sonunda ürünler reaktan maddelerden daha büyük bir stabiliteye sahipse, ısı şeklinde enerji açığa çıkar ve ekzotermik bir reaksiyon verir.

Aksine, reaktanlar, ürünlerden daha büyük bir kararlılıkla sonuçlanırsa, bu, reaksiyon karışımının, çevresinden ısı şeklinde bir enerji emilimi göstererek endotermik bir reaksiyonla sonuçlandığı anlamına gelir.

Aynı şekilde, biri veya diğeri olursa, daha önce gösterilene benzer bir diyagram oluşturulmalıdır, burada reaksiyonun ilerlemesine veya ilerlemesine tepki veren sistemin potansiyel enerjisi çizilir.

Böylelikle reaksiyon ilerledikçe ve reaktifler ürüne dönüştürüldükçe meydana gelen potansiyel enerji değişiklikleri elde edilir.

Nasıl hesaplanır?

Bir kimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjisi, söz konusu reaksiyonun hız sabiti ile yakından ilişkilidir ve bu sabitin sıcaklığa bağlılığı Arrhenius denklemi ile temsil edilir:

k = Ae ^{-Ea / RT}

Bu ifadede k, reaksiyonun hız sabitini (sıcaklığa bağlıdır) temsil eder ve A parametresine frekans faktörü denir ve moleküller arasındaki çarpışmaların sıklığının bir ölçüsüdür.

E kendi payına doğal logaritma serisinin temelini ifade eder. Gaz sabitinin (R) ortaya çıkan ürünü ile dikkate alınacak sistemin mutlak sıcaklığı (T) arasındaki aktivasyon enerjisinin (Ea) negatif kısmına eşit bir güce yükseltilir.

Frekans faktörünün geniş bir sıcaklık aralığında belirli reaksiyon sistemlerinde sabit olarak kabul edilebileceği unutulmamalıdır.

Bu matematiksel ifade ilk olarak 1884'te Hollandalı kimyager Jacobus Henricus van't Hoff tarafından varsayılmıştı, ancak ona bilimsel geçerlilik kazandıran ve önermesini yorumlayan kişi, 1889'da İsveçli kimyager Svante Arrhenius'du.

Kimyasal bir reaksiyonun aktivasyon enerjisinin hesaplanması

Arrhenius denklemi, bir reaksiyonun hız sabiti ile moleküller arasındaki çarpışma sıklığı arasında var olan doğrudan orantılılığı belirtir.

Benzer şekilde, bu denklem, doğal logaritmaların özelliğini denklemin her iki tarafına uygulayarak daha uygun bir şekilde temsil edilebilir ve elde edilen:

ln k = ln A - Ea / RT

Terimler bir doğrunun denklemini elde etmek açısından yeniden düzenlendiğinde (y = mx + b), aşağıdaki ifade elde edilir:

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

Dolayısıyla, 1 / T'ye karşı ln k grafiği oluştururken, ln k koordinatı ve (-Ea / R) (m), (1 / T) doğrusunun eğimini temsil eden düz bir çizgi elde edilir. x koordinatını ve ln A koordinat ekseni (b) ile kesişmeyi temsil eder.

Görülebileceği gibi, bu hesaplamadan kaynaklanan eğim –Ea / R değerine eşittir. Bu, aktivasyon enerjisinin değerini bu ifade aracılığıyla elde etmek istiyorsanız, basit bir açıklama yapmanız gerektiği anlamına gelir ve sonuçta:

Ea = –mR

Burada m ve R'nin değerinin 8.314 J / K · mol'e eşit bir sabit olduğunu biliyoruz.

Aktivasyon enerjisi bir reaksiyonun hızını nasıl etkiler?

Aktivasyon enerjisinin bir resmini çekmeye çalışırken, düşük enerji molekülleri arasında bir reaksiyon oluşmasına izin vermeyen bir bariyer olarak görülebilir.

Yaygın bir reaksiyonda olduğu gibi, reaksiyona girebilecek moleküllerin sayısı oldukça büyüktür, hızı ve buna eşdeğer olarak bu moleküllerin kinetik enerjisi çok değişken olabilir.

Genel olarak, çarpışma yaşayan tüm moleküllerin sadece küçük bir kısmı - daha yüksek hareket hızına sahip olanlar - aktivasyon enerjisinin büyüklüğünü aşabilecek kadar yeterli kinetik enerjiye sahiptir. Yani bu moleküller uyumludur ve reaksiyonun bir parçası olabilir.

Arrhenius denklemine göre, aktivasyon enerjisi ile gaz sabitinin çarpımı ile mutlak sıcaklık arasındaki bölümden önce gelen negatif işaret, aktivasyon enerjisinde bir artış olduğu için hız sabitinin azaldığını, ve sıcaklık arttığında bir büyüme.

Aktivasyon enerjisi hesaplama örnekleri

Arrhenius denklemine göre bir grafik oluşturarak aktivasyon enerjisini hesaplamak için asetaldehitin bozunma reaksiyonu için hız sabitleri beş farklı sıcaklıkta ölçülmüş ve aktivasyon enerjisinin belirlenmesi istenmiştir. şu şekilde ifade edilen reaksiyon için:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + Co (g)

Beş ölçüm için veriler aşağıdaki gibidir:

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

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

Öncelikle, bu bilinmeyeni çözmek ve aktivasyon enerjisini belirlemek için, düz bir çizgi elde etmek için ln k - 1 / T (y - x) grafiği oluşturulmalı ve buradan eğimi alıp Ea'nın değerini bulun, açıklandığı gibi.

Arrhenius denklemine göre ölçüm verilerini dönüştürerek, sırasıyla y ve x için aşağıdaki değerler bulunur:

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

Bu değerlerden ve eğimin matematiksel olarak hesaplanması yoluyla - ya bir bilgisayarda ya da bir hesap makinesinde, m = (Y ₂ -Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ) ifadesini kullanarak veya doğrusal regresyon yöntemini kullanarak - m = -Ea / R = -2.09 * 10 ⁴ K olduğunu elde ederiz . Böylece:

Ea = (8.314 J / K mol) (2.09 * 10 ⁴ K)

= 1.74 * 10 ⁵ = 1.74 * 10 ² kJ / mol

Diğer aktivasyon enerjilerini grafiksel olarak belirlemek için benzer bir prosedür gerçekleştirilir.

Referanslar

1. Vikipedi. (Sf). Aktivasyon Enerjisi. En.wikipedia.org'dan kurtarıldı
2. Chang, R. (2007). Kimya, Dokuzuncu baskı. Meksika: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Aktivasyon enerjisi. Britannica.com'dan alındı
4. Moore, JW ve Pearson, RG (1961). Kinetik ve Mekanizma. Books.google.co.ve 'den kurtarıldı
5. Kaesche, H. (2003). Metallerin Korozyonu: Fizikokimyasal Prensipler ve Güncel Sorunlar. Books.google.co.ve’den alındı