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:

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

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

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