Что такое энергия активации

Энергия активации

Аррениус предположил, что реагировать между собой могут только те молекулы, которые находятся в активной форме, образующиеся из обычных молекул. Такие молекулы были названы активными, а энергия, необходимая для перевода обычных молекул в активное состояние, энергией активации.

В самом деле, в ходе химической реакции разрушаются одни и возникают другие молекулы, происходит изменение химических связей, т.е. перераспределение электронной плотности. Если бы старые связи в ходе реакции сразу полностью разрушались, то на это потребовалось бы большое количество энергии, и реакция протекала крайне медленно. Как показали исследования, в ходе реакции система проходит через переходное состояние, через образование активированного комплекса. Например, ход реакции

можно представить схемой

В активированном комплексе старые связи еще не разорваны, но уже ослаблены, новые связи наметились, но еще не образовались. Время существования его не велико (10‾ 14 – 10‾ 11 с). При распаде комплекса образуются либо продукты реакции, либо исходные вещества. Для образования переходного комплекса необходима энергия. Система в переходном состоянии имеет более высокую энергию, чем в исходном и конечном состояниях.

Энергия, необходимая для перехода вещества в состояние активированного комплекса, называется энергией активации.

Образование активированного комплекса определяется энергией молекул. Молекула, энергия ко торой достаточна для образования активированного комплекса, называется активной. Доля таких молекул зависит от температуры. При высоких температурах доля активных молекул, энергия которых равна или выше энергии активации, велика и, соответственно, растет доля молекул способных к активным столкновениям с образованием активированного комплекса, т.е. реакции идут быстро. Чем выше энергия активации, тем меньше доля частиц, способных к активному взаимодействию. Экзотермические реакции протекают с меньшей энергией активации, чем эндотермические (рис.18). Высокая энергия активации (высокий энергетический барьер) является причиной того, что многие химические реакции при невысоких температурах не протекают, хотя термодинамически возможны (ΔG

Итак, энергия активации – это энергия, необходимая для перехода частиц в состояние активированного комплекса. Частицы, энергия которых равна или выше энергии активации, называются активными. С ростом температуры растет доля этих частиц и соответственно скорость реакции. С увеличением энергии активации уменьшается доля активных молекул и скорость реакции.

109.201.152.210 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Энергия активации – Activation energy

В химии и физике , энергия активации является энергия , которая должна быть предоставлена химической или ядерной системы с потенциальными реагентами , чтобы привести: в химической реакции , ядерной реакции , или различных других физических явлений.

Энергия активации ( Е ) из реакции измеряется в джоулях (J) и или килоджоулей на моль (кДж / моль) или килокалорий на моль (ккал / моль).

Энергию активации можно рассматривать как величину потенциального барьера (иногда называемой энергетический барьером) разделение минимумов от потенциальной энергии поверхности , относящейся к начальному и конечному термодинамическому состоянию . Для химической реакции, или разделений , чтобы продолжить с приемлемой скоростью, чтобы температура системы должна быть достаточно таким образом, что существует значительное число молекул с поступательной энергией , равной или большей , чем энергия активации высока.

Термин энергия активации была введена в 1889 году шведским ученым Сванте Аррениуса .

содержание

Температурная зависимость и отношение к уравнению Аррениуса

Уравнение Аррениуса дает количественную основу взаимосвязи между энергией активации и скоростью , при которой реакция протекает. Из уравнения, энергия активации может быть найдена через отношение

К знак равно A е – Е a / ( р T ) < Displaystyle к = Ае ^ <<- Е _ < textrm <а>>> / <(RT)>>>

где является пре-экспоненциальный фактор для реакции, R является универсальной газовой постоянной , Т абсолютная температура (обычно в градусах Кельвина ), а также к является коэффициентом скорости реакции . Даже не зная , Е может быть оценена по изменению коэффициентов скорости реакции в зависимости от температуры ( в пределах применимости уравнения Аррениуса).

На более высоком уровне, чистый Аррениуса термин энергия активации из уравнения Аррениуса лучше всего рассматривать как экспериментально определенной параметром, который указывает на чувствительность скорости реакции от температуры. Есть два возражения связывая эту энергию активации с пороговым барьером для элементарной реакции. Во-первых, это часто неясно, имеет ли или нет реакция протекать в одну стадию; Пороговые барьеры, усредненные по всем элементарным шагом имеют мало теоретическое значение. Во-вторых, даже если реакция изучается элементарно, спектр индивидуальных столкновений способствует константы скорости, полученные из основной массы ( «луковичные») экспериментов с участием миллиарды молекул, с большим количеством различных геометрий реагента столкновения и углов, различных поступательных и (возможно) колебательных энергия-все из которых может привести к различным микроскопическим скоростям реакций.

Отрицательная энергия активации

В некоторых случаях, скорость реакции уменьшается с ростом температуры. При следующем приблизительно экспоненциальная зависимость , так что константа скорости все еще может быть пригодной к выражению Аррениуса, это приводит к отрицательному значению Е _а . Элементарные реакции , проявляющие эта негативная энергию активации , как правило , безбарьерная реакция, в которой реакция производство опирается на захвате молекул в потенциальной яме. Повышение температуры приводит к уменьшению вероятности сталкивающихся молекул захвата другу другу (с более Взглянув столкновений не приводят к реакции в качестве высшего импульса несет сталкивающиеся частицы из потенциальной ямы), выраженные в реакции поперечного сечения , которая уменьшается с ростом температурой , Не такая ситуация больше не приводит себя прямой интерпретации , так как высота потенциального пятна.

Катализаторы

Вещество , которое изменяет переходное состояние , чтобы снизить энергию активации, называется катализатором ; катализатор состоит только из белка и (если это применимо) малых молекул кофакторов называют собой фермент . Важно отметить , что катализатор увеличивает скорость реакции без потребляемой ею. Кроме того, в то время как катализатор снижает энергию активации, он не меняет энергии исходных реагентов или продуктов. Скорее всего , энергия реагента и энергия продукта остаются теми же , и только энергия активации изменяется (снижена).

Связь с Гиббсом энергией активации

В уравнении Аррениуса , энергия активации Термин ( Е ) используется для описания энергии , необходимой для достижения переходного состояния , и экспоненциальную зависимость K = A ехр ( Е / RT ) имеет место. В теории переходного состояния, более сложная модель взаимосвязи между скоростями реакции и переходным состоянием, А внешне похоже математическое соотношение, то уравнение Эйринга , используются для описания скорости реакции: к = ( к _Б Т / ч ) ехр (-Δ G ‡ / RT ). Тем не менее, вместо того , чтобы моделирования температурной зависимости скорости реакции Феноменологический Эйринг модель уравнения отдельного элементарный шаг реакции. Таким образом, для многоступенчатого процесса, не существует прямой связи между двумя моделями. Тем не менее, функциональные формы уравнений Аррениуса и Эйринга похожи, и для одностадийного процесса, простые и химически значимые соответствия могут быть проведены между параметрами Аррениуса и Эйрингом.

Вместо того , чтобы также с использованием E _A , уравнение Эйринга использует концепцию энергии Гиббса и символ Δ G ‡ для обозначения энергии Гиббса активации для переходного состояния . В уравнении, к _В и ч константа Больцмана и Планка, соответственно. Хотя уравнения выглядят одинаково, важно отметить , что энергия Гиббса содержит энтропийный член в дополнении к энтальпическим один. В уравнении Аррениуса, этот термин энтропийный объясняются предэкспоненциальным фактор А . Более конкретно, мы можем записать свободную энергию Гиббса активации в терминах энтальпии и энтропии активации: Д G ‡ = Δ Н ‡ – Т Δ S ‡ . Тогда для мономолекулярной, одностадийной реакции, то приблизительные отношений Е = Δ Н ‡ + RT и = ( к _Б Т / ч ) ехр (1 + Δ S ‡ / R ) имеют место . Однако следует отметить, что в теории Аррениуса собственно не зависит от температуры, в то время как здесь, существует линейная зависимость от T . Для мономолекулярной процесса одностадийного которого период полураспада при комнатной температуре около 2 часов, Δ G ‡ составляет приблизительно 23 ккал / моль. Это также примерно величина Е _а для реакции , которая протекает в течение нескольких часов при комнатной температуре. Из – за относительно небольшой величины Т Д S ‡ и RT при обычных температурах , для большинства реакций, в неаккуратной речи, Е _а , Д G ‡ и Д H ‡ часто сплавлены и все называют «энергией активации».

Энергия активации

• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
• Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.

Энергия активации в химии и биологии — минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция. Термин введён Сванте Августом Аррениусом в 1889. Типичное обозначение энергии реакции E_a.

Энергия активации в физике — минимальное количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси, для того чтобы попасть в зону проводимости.

В химической модели, известной как Теория активных соударений (ТАС), есть три условия, необходимых для того, чтобы произошла реакция:

• Молекулы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.
• Молекулы должны обладать необходимой энергией (энергией активации). В процессе химической реакции взаимодействующие молекулы должны пройти через промежуточное состояние, которое может обладать большей энергией. То есть молекулы должны преодолеть энергетический барьер; если этого не произойдёт, реакция не начнётся.
• Молекулы должны быть правильно ориентированы относительно друг друга.

При низкой (для определённой реакции) температуре большинство молекул обладают энергией меньшей, чем энергия активации, и неспособны преодолеть энергетический барьер. Однако в веществе всегда найдутся отдельные молекулы, энергия которых значительно выше средней. Даже при низких температурах большинство реакций продолжают идти. Увеличение температуры позволяет увеличить долю молекул, обладающих достаточной энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер. Таким образом повышается скорость реакции.

Содержание

Математическое описание

Уравнение Аррениуса устанавливает связь между энергией активации и скоростью протекания реакции:

k — константа скорости реакции, — фактор частоты для реакции, — универсальная газовая постоянная, — температура в кельвинах.

С повышением температуры растёт вероятность преодоления энергетического барьера.

Для количественного описания температурных эффектов в химической кинетике для приближённых вычислений кроме уравнения Аррениуса используют правило Вант-Гоффа: повышение температуры на 10 К увеличивает для большинства реакций скорость в 2-4 раза. Математически это означает, что скорость реакции зависит от температуры степенным образом:

где — температурный коэффициент скорости (его значение лежит в интервале от 2 до 4). Правило Вант-Гоффа является весьма грубым и применимо только в очень ограниченном интервале температур.

Переходное состояние

Переходное состояние — состояние системы, при котором уравновешены разрушение и создание связи. В переходном состоянии система находится в течение небольшого (10 −15 с) времени. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы привести систему в переходное состояние, называется энергией активации. В многоступенчатых реакциях, которые включают в себя несколько переходных состояний, энергия активации соответствует наибольшему значению энергии. После преодоления переходного состояния молекулы вновь разлетаются с разрушением старых связей и образованием новых или с преобразованием исходных связей. Оба варианта возможны, так как происходят с высвобождением энергии (это хорошо видно на рисунке, поскольку оба положения лежат энергетически ниже энергии активации). Существуют вещества, способные уменьшить энергию активации для данной реакции. Такие вещества называют катализаторами. Биологи же такие вещества называют ферментами. Интересно, что катализаторы таким образом ускоряют ход реакции, самостоятельно в ней не участвуя.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Энергия активации” в других словарях:

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ — ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ, наименьшее количество энергии, необходимое для начала химической реакции. По мере того, как в ходе реакции химические связи разрываются или формируются, энергия системы увеличивается по сравнению с энергией исходных веществ,… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ — в химии наименьшая энергия, которой должна обладать частица (атом, ион, радикал) для того, чтобы произошла химическая реакция. Одна из основных величин, определяющих скорость реакции при данной температуре (см. Аррениуса уравнение) … Большой Энциклопедический словарь

энергия активации — – средняя избыточная энергия, которой должны обладать реагирующие частицы, чтобы преодолеть потенциальный энергетический барьер, разделяющий исходное и конечное состояния системы. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

Энергия активации — кинетический параметр, средняя избыточная энергия, которой должны обладать реагирующие частицы (атомы, элементы) для преодоления потенциального барьера между начальным и исходным состоянием системы. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ — энергетический барьер, который необходимо преодолеть реагирующим атомам для осуществления хим. реакции. В частном случае радиогенных газов Э. а. (Е) определяет возможность перемещения газов по кристаллической решетке. Количество газа, остающееся… … Геологическая энциклопедия

энергия активации — Количество энергии в калориях, требуемое для перевода всех молекул, содержащихся в 1 моле реагирующего субстрата, в переходное состояние [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN activation energy … Справочник технического переводчика

энергия активации — [activation energy] разность между средней энергией частиц (молекул, радикалов, ионов и др.), вступающих в элементарный акт химической реакции, и средней энергией всех частиц реагирующей системы. Энергия активации разных химических реакций… … Энциклопедический словарь по металлургии

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ — – в химической кинетике наименьшая избыточная энергия, которой должны обладать частицы (сталкивающиеся или распадающиеся) для осуществления химического превращения. Энергия активации при гетерофазном окислении титаномагнетита, т.е. для… … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

энергия активации — в химии, наименьшая энергия, которой должна обладать частица (атом, ион, радикал) для того, чтобы произошла химическая реакция. Одна из основных величин, определяющих скорость реакции при данной температуре (см. Аррениуса уравнение). * * *… … Энциклопедический словарь

Энергия активации — Activation energy Энергия активации. Энергия, необходимая для начала металлургического процесса, например, пластической деформации, диффузии, химической реакции. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… … Словарь металлургических терминов

Источники:

http://studopedia.ru/4_176985_energiya-aktivatsii.html
http://ru.qwe.wiki/wiki/Activation_energy
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/114355