NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA HÓA HỌC: NÓ BAO GỒM NHỮNG GÌ, TÍNH TOÁN - HÓA HỌC - 2026

Các năng lượng kích hoạt hóa (từ quan điểm của các nghiên cứu động học) đề cập đến số tiền ít nhất của năng lượng cần thiết để bắt đầu một phản ứng hóa học. Theo lý thuyết về va chạm trong động học hóa học, tất cả các phân tử đang chuyển động đều có một lượng động năng nhất định.

Điều này có nghĩa là tốc độ chuyển động của nó càng lớn thì động năng của nó càng lớn. Theo nghĩa này, một phân tử mang chuyển động nhanh không thể tự nó phân chia thành các mảnh, vì vậy phải xảy ra va chạm giữa nó và một phân tử khác để phản ứng hóa học xảy ra.

Khi điều này xảy ra - khi có va chạm giữa các phân tử - một phần động năng của chúng được chuyển thành năng lượng dao động. Tương tự như vậy, nếu ở đầu quá trình mà động năng lớn, các phân tử tham gia va chạm sẽ tạo ra một dao động lớn đến mức một số liên kết hóa học hiện có sẽ bị phá vỡ.

Sự phá vỡ liên kết này tạo nên bước đầu tiên trong quá trình chuyển hóa chất phản ứng thành sản phẩm; có nghĩa là, trong sự hình thành của chúng. Ngược lại, nếu lúc bắt đầu quá trình này động năng có độ lớn nhỏ thì sẽ xảy ra hiện tượng “bật lại” của các phân tử, qua đó chúng tách ra một cách nguyên vẹn.

Nó bao gồm những gì?

Bắt đầu từ khái niệm va chạm giữa các phân tử để bắt đầu phản ứng hóa học được mô tả trước đây, có thể nói rằng có một lượng năng lượng tối thiểu cần thiết để xảy ra va chạm.

Vì vậy, nếu giá trị năng lượng nhỏ hơn mức tối thiểu cần thiết này, đơn giản là sẽ không có sự thay đổi giữa các phân tử sau khi xảy ra va chạm, có nghĩa là khi không có năng lượng này, các loài liên quan thực tế vẫn còn nguyên vẹn và điều đó sẽ không xảy ra. bất kỳ thay đổi nào do sự cố này.

Theo thứ tự ý tưởng này, năng lượng tối thiểu cần thiết cho sự thay đổi xảy ra sau va chạm giữa các phân tử được gọi là năng lượng hoạt hóa.

Nói cách khác, các phân tử tham gia vào một vụ va chạm phải có tổng động năng bằng hoặc lớn hơn năng lượng hoạt hóa để phản ứng hóa học xảy ra.

Tương tự như vậy, trong nhiều trường hợp, các phân tử va chạm và sinh ra một dạng mới gọi là phức hợp hoạt hóa, một cấu trúc còn được gọi là "trạng thái chuyển tiếp" vì nó chỉ tồn tại tạm thời.

Nó được gây ra bởi các loài phản ứng do va chạm và trước khi hình thành các sản phẩm phản ứng.

Kích hoạt phức hợp

Phức hợp được kích hoạt nói trên tạo thành một loài có tính ổn định rất thấp nhưng ngược lại, lại có mức năng lượng lớn.

Sơ đồ sau đây cho thấy sự chuyển hóa của chất phản ứng thành sản phẩm, được biểu thị bằng năng lượng và lưu ý rằng độ lớn của năng lượng của phức chất hoạt hóa được tạo thành lớn hơn đáng kể so với năng lượng của chất phản ứng và sản phẩm.

Nếu khi kết thúc phản ứng, các sản phẩm có độ bền lớn hơn các chất tham gia phản ứng thì sự giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt sẽ xảy ra phản ứng tỏa nhiệt.

Ngược lại, nếu chất phản ứng có độ ổn định lớn hơn sản phẩm thì có nghĩa là hỗn hợp phản ứng có biểu hiện hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường xung quanh, dẫn đến phản ứng thu nhiệt.

Tương tự như vậy, nếu trường hợp này xảy ra hoặc trường hợp khác xảy ra, phải xây dựng một sơ đồ giống như sơ đồ đã trình bày trước đó, trong đó thế năng của hệ phản ứng với tiến trình hoặc tiến trình của phản ứng được vẽ.

Do đó, sự thay đổi thế năng xảy ra khi phản ứng tiến hành và thu được các chất phản ứng thành sản phẩm.

Nó được tính như thế nào?

Năng lượng hoạt hóa của một phản ứng hóa học liên quan chặt chẽ với hằng số tốc độ của phản ứng nói trên và sự phụ thuộc của hằng số này đối với nhiệt độ được biểu diễn bằng phương trình Arrhenius:

k = Ae ^{-Ea / RT}

Trong biểu thức này, k biểu thị hằng số tốc độ của phản ứng (phụ thuộc vào nhiệt độ) và tham số A được gọi là hệ số tần số, và là thước đo tần số của va chạm giữa các phân tử.

Về phần mình, e biểu thị cơ số của chuỗi logarit tự nhiên. Nó được nâng lên một công suất bằng thương số âm của năng lượng hoạt hóa (Ea) giữa tích số của hằng số khí (R) và nhiệt độ tuyệt đối (T) của hệ đang xét.

Cần lưu ý rằng hệ số tần số có thể được coi là một hằng số trong các hệ phản ứng nhất định trong một khoảng nhiệt độ rộng.

Biểu thức toán học này ban đầu được giả định bởi nhà hóa học người Hà Lan Jacobus Henricus van't Hoff vào năm 1884, nhưng người cho nó giá trị khoa học và giải thích tiền đề của nó là nhà hóa học Thụy Điển Svante Arrhenius, vào năm 1889.

Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Phương trình Arrhenius xác định tỷ lệ thuận tồn tại giữa hằng số tốc độ của phản ứng và tần số va chạm giữa các phân tử.

Tương tự như vậy, phương trình này có thể được biểu diễn theo cách thuận tiện hơn bằng cách áp dụng tính chất của logarit tự nhiên cho mỗi vế của phương trình, thu được:

ln k = ln A - Ea / RT

Khi các số hạng được sắp xếp lại để có phương trình của một đường (y = mx + b), ta nhận được biểu thức sau:

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

Vì vậy, khi xây dựng một đồ thị của ln k với 1 / T, sẽ thu được một đường thẳng, trong đó ln k đại diện cho tọa độ và, (-Ea / R) đại diện cho hệ số góc của đường (m), (1 / T) đại diện cho tọa độ x và ln A đại diện cho giao điểm với trục tọa độ (b).

Có thể thấy, hệ số góc từ phép tính này bằng giá trị –Ea / R. Điều này ngụ ý rằng, nếu bạn muốn nhận được giá trị của năng lượng kích hoạt bằng biểu thức này, bạn phải thực hiện một sự làm rõ đơn giản, dẫn đến:

Ea = –mR

Ở đây chúng ta biết giá trị của m và R là một hằng số bằng 8,314 J / K · mol.

Năng lượng hoạt hóa ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của phản ứng?

Khi cố gắng có được một bức tranh về năng lượng hoạt hóa, nó có thể được xem như một rào cản không cho phép phản ứng xảy ra giữa các phân tử năng lượng thấp hơn.

Như trong một phản ứng thông thường, số lượng phân tử có thể phản ứng là khá lớn, tốc độ - và tương đương, động năng của các phân tử này - có thể rất thay đổi.

Nói chung, chỉ một số nhỏ trong số tất cả các phân tử trải qua va chạm - những phân tử có tốc độ chuyển động lớn hơn - có đủ động năng để có thể vượt quá độ lớn của năng lượng kích hoạt. Vì vậy, các phân tử này phù hợp và có thể là một phần của phản ứng.

Theo phương trình Arrhenius, dấu âm - dấu âm đứng trước thương số giữa năng lượng hoạt hóa và tích của hằng số khí và nhiệt độ tuyệt đối - ngụ ý rằng hằng số tốc độ giảm khi năng lượng hoạt hóa tăng lên, cũng như tăng trưởng khi nhiệt độ tăng.

Ví dụ tính toán năng lượng kích hoạt

Để tính toán năng lượng hoạt hóa bằng cách xây dựng một đồ thị, theo phương trình Arrhenius, các hằng số tốc độ cho phản ứng phân hủy acetaldehyde đã được đo ở năm nhiệt độ khác nhau và người ta muốn xác định năng lượng hoạt hóa đối với phản ứng, được biểu thị bằng:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Dữ liệu cho năm phép đo như sau:

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

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

Trước hết, để giải ẩn số này và xác định năng lượng hoạt hóa, phải xây dựng đồ thị ln k vs 1 / T (y vs x), để thu được một đường thẳng và từ đây lấy hệ số góc và tìm giá trị của Ea, như đã giải thích.

Biến đổi dữ liệu đo lường, theo phương trình Arrhenius, các giá trị sau được tìm thấy lần lượt cho y và x:

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

Từ các giá trị này và thông qua phép tính toán học của độ dốc - trên máy tính hoặc máy tính, sử dụng biểu thức m = (Y ₂ -Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ) hoặc sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính- chúng ta thu được m = -Ea / R = -2,09 * 10 ⁴ K. Như vậy:

Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 10 ⁴ K)

= 1,74 * 10 ⁵ = 1,74 * 10 ² kJ / mol

Để xác định các năng lượng kích hoạt khác bằng đồ thị, một quy trình tương tự được thực hiện.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (sf). Năng lương̣̣ kich hoaṭ. Khôi phục từ en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Hóa học, ấn bản lần thứ chín. Mexico: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Năng lương̣̣ kich hoaṭ. Lấy từ britannica.com
4. Moore, JW và Pearson, RG (1961). Động học và Cơ chế. Đã khôi phục từ books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Ăn mòn kim loại: Nguyên tắc hóa lý và các vấn đề hiện tại. Lấy từ books.google.co.ve