Năng lượng kích hoạt hóa học Những gì nó bao gồm, tính toán

các năng lượng kích hoạt hóa học (theo quan điểm của các nghiên cứu động học) đề cập đến lượng năng lượng ít nhất có thể cần thiết để bắt đầu một phản ứng hóa học. Theo lý thuyết về sự va chạm trong động học hóa học, người ta nói rằng 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 bạn càng lớn thì cường độ động năng của bạn càng lớn. Theo nghĩa này, một phân tử mang chuyển động nhanh không thể tự chia thành các mảnh, do đó phải xảy ra va chạm giữa nó và một phân tử khác để có thể xảy ra phản ứng hóa học.

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

Sự phá vỡ liên kết này là bước đầu tiên trong việc chuyển đổi chất phản ứng thành sản phẩm; đó là, trong sự hình thành của những. Mặt khác, nếu bắt đầu quá trình này, động năng có cường độ nhỏ, sẽ có hiện tượng "bật lại" các phân tử, qua đó chúng sẽ tách rời thực tế nguyên vẹn..

Chỉ số

• 1 Nó bao gồm những gì??
  • 1.1 Kích hoạt phức tạp
• 2 Nó được tính như thế nào?
  • 2.1 Tính toán năng lượng kích hoạt của phản ứng hóa học
• 3 Năng lượng kích hoạt ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng như thế nào?
• 4 Ví dụ về tính toán năng lượng kích hoạt
• 5 tài liệu tham khảo

Nó bao gồm những gì??

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

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 va chạm xảy ra, điều đó có nghĩa là khi năng lượng này vắng mặt, các loài liên quan vẫn gần như nguyên vẹn và sẽ không xảy ra bất kỳ thay đổi nào do cú sốc này.

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

Nói cách khác, các phân tử liên quan đến một cú sốc phải có một lượng tổng động năng với cường độ bằng hoặc lớn hơn năng lượng kích hoạt để có thể xảy ra phản ứng hóa học.

Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, các phân tử va chạm và tạo ra một loài mới gọi là phức hợp kích hoạt, cấu trúc còn được gọi là "trạng thái chuyển tiếp" bởi vì nó chỉ tồn tại tạm thời.

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

Kích hoạt phức tạp

Phức hợp kích hoạt được đề cập ở trên tạo thành một loài có độ ổn định rất thấp, nhưng đến lượt nó lại có một lượng lớn năng lượng tiềm năng.

Sơ đồ sau đây cho thấy sự biến đổi chất phản ứng thành sản phẩm, được biểu thị dưới dạng năng lượng và lưu ý rằng cường độ năng lượng của phức chất được kích hoạt được hình thành lớn hơn đáng kể so với chất phản ứng và sản phẩm..

Nếu ở cuối phản ứng, các sản phẩm có độ ổn định cao hơn các chất phản ứng, sự giải phóng năng lượng xảy ra dưới dạng nhiệt, tạo ra phản ứng tỏa nhiệt..

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

Tương tự, nếu trường hợp này hay trường hợp khác xảy ra, một sơ đồ phải được xây dựng, chẳng hạn như trường hợp được hiển thị trước đó, trong đó năng lượng tiềm năng của hệ thống phản ứng chống lại tiến trình hoặc tiến trình của phản ứng được vẽ..

Theo cách này, các thay đổi năng lượng tiềm năng xảy ra khi phản ứng xảy ra và các chất phản ứng được chuyển thành các sản phẩm.

Nó được tính như thế nào?

Năng lượng kích hoạt của phản ứng hóa học có liên quan mật thiết đến hằng số vận tốc của phản ứng đó và sự phụ thuộc của hằng số này vào nhiệt độ được biểu thị bằng phương trình Arrhenius:

k = Ae^{-Ea / RT}

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

Về phần mình, e diễn tả cơ sở của chuỗi logarit tự nhiên. Nó được nâng lên thành một công suất bằng thương số âm của năng lượng kích hoạt (Ea) giữa sản phẩm tạo ra từ hằng số khí (R) và nhiệt độ tuyệt đối (T) của hệ thống để xem xét.

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

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

Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Phương trình Arrhenius chỉ ra tỷ lệ thuận trực tiếp tồn tại giữa hằng số vận tốc của phản ứng và tần số va chạm giữa các phân tử.

Ngoài ra, 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 bên của phương trình, thu được:

ln k = ln A - Ea / RT

Khi sắp xếp lại các điều khoản để có được phương trình của một dòng (y = mx + b), biểu thức sau đây đạt được:

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

Vì vậy, khi xây dựng đồ thị ln k so với 1 / T, chúng ta có được một đường thẳng, trong đó ln k đại diện cho tọa độ y, (- A / R) đại diện cho độ dốc của đường (m), (1 / T) đại diện cho tọa độ x và ln A đại diện cho giao điểm với trục của tọa độ (b).

Có thể thấy, độ dốc kết quả từ phép tính này bằng với giá trị của -Ea / R. Điều này ngụ ý rằng, nếu muốn đạt được giá trị của năng lượng kích hoạt bằng biểu thức này, thì cần thực hiện một thao tác xóa đơn giản, dẫn đến:

Ea = -mR

Ở đây chúng ta biết giá trị của m và R là hằng số bằng 8,14 J / K · mol.

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

Khi cố gắng tạo ra hình ảnh của năng lượng kích hoạt, nó có thể được coi là 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 xảy ra, 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 khác nhau.

Nó thường xảy ra rằng chỉ một lượng nhỏ trong tổng số các phân tử gặp phải va chạm - những phân tử có tốc độ di chuyển lớn hơn - thể hiện đủ động năng để có thể vượt qua cường độ của năng lượng kích hoạt. Vì vậy, các phân tử này là apt và có thể là một phần của phản ứng.

Theo phương trình Arrhenius, dấu âm - đi trước thương số giữa năng lượng kích hoạt và tích của hằng số khí theo nhiệt độ tuyệt đối - ngụ ý rằng hằng số vận tốc giảm khi có sự gia tăng năng lượng kích hoạt, cũng như sự tăng trưởng khi nhiệt độ tăng.

Ví dụ về tính toán năng lượng kích hoạt

Để tính năng lượng kích hoạt bằng cách xây dựng một biểu đồ, theo phương trình Arrhenius, chúng ta có các hằng số tốc độ cho phản ứng phân hủy acetaldehyd đã được đo ở năm nhiệt độ khác nhau và chúng tôi muốn xác định năng lượng kích hoạt cho phản ứng, được thể hiện như sau:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Dữ liệu của 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 tiên, để giải quyết điều chưa biết này và xác định năng lượng kích hoạt, chúng ta phải xây dựng một biểu đồ ln k vs 1 / T (y vs x), để có được một đường thẳng và từ đây đi theo độ dốc và tìm giá trị của Ea, như đã giải thích.

Chuyển đổi dữ liệu của các phép đo, theo phương trình Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A], các giá trị sau được tìm thấy cho y và x, tương ứng:

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

Trong số các giá trị này và bằng phương pháp tính toán toán học về độ dốc - trong máy tính hoặc trong máy tính, bằng biểu thức m = (Y₂-Y₁) / (X₂-X₁) hoặc sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính - chúng tôi thu được m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Vậy:

Ea = (8.314 J / K · mol) (2.09 * 10⁴ K)

= 1,74 * 10⁵ = 1,74 * 10² kJ / mol

Để xác định các năng lượng kích hoạt khác thông qua cách đồ họa, một quy trình tương tự được thực hiện.

Tài liệu tham khảo

1. Wikipedia. (s.f.). Năng lượng kích hoạt. Lấy từ en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Hóa học, phiên bản thứ chín. Mexico: Đồi McGraw.
3. Britannica, E. (s.f.). Năng lượng kích hoạt. Lấy từ britannica.com
4. Moore, J. W. và Pearson, R. G. (1961). Động học và cơ chế. Lấy từ sách.google.com.vn
5. Kaesche, H. (2003). Ăn mòn kim loại: Nguyên tắc hóa lý và các vấn đề hiện tại. Lấy từ sách.google.com.vn