Chemische activeringsenergie Waaruit bestaat het, berekening

3381
Robert Johnston
Chemische activeringsenergie Waaruit bestaat het, berekening

De chemische activeringsenergie (vanuit het oogpunt van kinetische studies) verwijst naar de minst mogelijke hoeveelheid energie die nodig is om een ​​chemische reactie te starten. Volgens de theorie van botsingen in de chemische kinetiek wordt gezegd dat alle moleculen die in beweging zijn een bepaalde hoeveelheid kinetische energie hebben.

Dit betekent dat hoe groter de snelheid van zijn beweging, hoe groter de grootte van zijn kinetische energie. In die zin kan een molecuul dat een snelle beweging draagt, niet zelf in fragmenten worden verdeeld, dus er moet een botsing plaatsvinden tussen het en een ander molecuul om een ​​chemische reactie te laten plaatsvinden..

Wanneer dit gebeurt - bij een botsing tussen de moleculen - wordt een fractie van hun kinetische energie omgezet in trillingsenergie. Evenzo, als aan het begin van het proces de kinetische energie hoog is, zullen de moleculen die deelnemen aan de botsing zo'n grote vibratie vertonen dat sommige van de aanwezige chemische bindingen zullen worden verbroken..

Dit verbreken van bindingen vormt de eerste stap in de omzetting van reactanten in producten; dat wil zeggen bij de vorming ervan. Integendeel, als aan het begin van dit proces de kinetische energie van geringe omvang is, zal er een fenomeen zijn van "terugveren" van de moleculen, waardoor ze praktisch intact zullen worden gescheiden..

Artikel index

  • 1 Wat doet?
    • 1.1 Geactiveerd complex
  • 2 Hoe wordt het berekend?
    • 2.1 Berekening van de activeringsenergie van een chemische reactie
  • 3 Hoe beïnvloedt activeringsenergie de reactiesnelheid?
  • 4 Voorbeelden van berekening van activeringsenergie
  • 5 referenties

Waar bestaat het uit?

Uitgaande van het concept van botsingen tussen moleculen om de eerder beschreven chemische reacties op gang te brengen, kan worden gezegd dat er een minimale hoeveelheid energie nodig is om een ​​botsing te laten plaatsvinden..

Dus als de energiewaarde lager is dan dit noodzakelijke minimum, zal er na de botsing gewoon geen verandering zijn tussen de moleculen, wat betekent dat wanneer deze energie afwezig is, de betrokken soort praktisch intact blijft en dat er geen verandering zal plaatsvinden. vanwege deze crash.

In deze volgorde van ideeën wordt de minimale energie die nodig is om een ​​verandering te laten plaatsvinden na een botsing tussen moleculen de activeringsenergie genoemd..

Met andere woorden, de moleculen die bij een botsing betrokken zijn, moeten een totale hoeveelheid kinetische energie bezitten die gelijk is aan of groter is dan de activeringsenergie om een ​​chemische reactie te laten plaatsvinden..

Evenzo botsen de moleculen in veel gevallen en ontstaat er een nieuwe soort die het geactiveerde complex wordt genoemd, een structuur die ook wel de "overgangstoestand" wordt genoemd omdat deze slechts tijdelijk bestaat..

Het wordt veroorzaakt door de reagenssoort als gevolg van de botsing en voorafgaand aan de vorming van de reactieproducten.

Geactiveerd complex

Het hierboven genoemde geactiveerde complex vormt een soort met een zeer lage stabiliteit, maar heeft op zijn beurt een grote potentiële energie..

Het volgende diagram toont de omzetting van reactanten in producten, uitgedrukt in termen van energie en merkt op dat de omvang van de energie van het geactiveerde complex dat wordt gevormd aanzienlijk groter is dan die van de reactanten en producten..

Als de producten aan het einde van de reactie een grotere stabiliteit hebben dan de reagentia, vindt het vrijkomen van energie plaats in de vorm van warmte, waardoor een exotherme reactie ontstaat..

Als de reactanten daarentegen resulteren in een grotere stabiliteit dan de producten, betekent dit dat het reactiemengsel een absorptie van energie vertoont in de vorm van warmte uit zijn omgeving, wat resulteert in een endotherme reactie..

Evenzo, als het ene of het andere geval zich voordoet, moet een diagram zoals het eerder getoonde worden geconstrueerd, waarin de potentiële energie van het systeem dat reageert tegen de voortgang of voortgang van de reactie wordt uitgezet..

Aldus worden de potentiële energieveranderingen verkregen die optreden naarmate de reactie voortschrijdt en de reactanten worden omgezet in producten..

Hoe wordt het berekend?

De activeringsenergie van een chemische reactie hangt nauw samen met de snelheidsconstante van de reactie, en de afhankelijkheid van deze constante met betrekking tot de temperatuur wordt weergegeven door de vergelijking van Arrhenius:

k = Ae-Ea / RT

In deze uitdrukking k vertegenwoordigt de snelheidsconstante van de reactie (die afhangt van de temperatuur) en de parameter NAAR wordt de frequentiefactor genoemd en is een maat voor de frequentie van botsingen tussen moleculen.

Voor zijn deel, en drukt de basis uit van de reeks natuurlijke logaritmen. Het wordt verhoogd tot een macht gelijk aan het negatieve quotiënt van de activeringsenergie (Ea) tussen het product resulterend uit de gasconstante (R) en absolute temperatuur (T) van het te overwegen systeem.

Opgemerkt moet worden dat de frequentiefactor in bepaalde reactiesystemen als een constante kan worden beschouwd over een breed temperatuurbereik..

Deze wiskundige uitdrukking werd oorspronkelijk verondersteld door de Nederlandse chemicus Jacobus Henricus van't Hoff in 1884, maar degene die het wetenschappelijke validiteit gaf en het uitgangspunt interpreteerde, was de Zweedse chemicus Svante Arrhenius, in 1889..

Berekening van de activeringsenergie van een chemische reactie

De vergelijking van Arrhenius specificeert de directe evenredigheid die bestaat tussen de snelheidsconstante van een reactie en de frequentie van botsingen tussen moleculen.

Evenzo kan deze vergelijking op een gemakkelijkere manier worden weergegeven door de eigenschap van natuurlijke logaritmen toe te passen op elke kant van de vergelijking, waarbij wordt verkregen:

ln k = ln A - Ea / RT

Door de termen te herschikken in termen van het verkrijgen van de vergelijking van een lijn (y = mx + b), wordt de volgende uitdrukking verkregen:

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

Dus bij het construeren van een grafiek van ln k tegen 1 / T, wordt een rechte lijn verkregen, waarbij ln k de coördinaat vertegenwoordigt en, (-Ea / R) de helling van de lijn (m), (1 / T) vertegenwoordigt de x-coördinaat, en ln A staat voor het snijpunt met de ordinaatas (b).

Zoals te zien is, is de helling die resulteert uit deze berekening gelijk aan de waarde van -Ea / R. Dit houdt in dat, als je met deze uitdrukking de waarde van de activeringsenergie wilt verkrijgen, je dit eenvoudig moet verduidelijken, resulterend in:

Ea = -mR

Hier is de waarde van m bekend en is R een constante gelijk aan 8,314 J / K mol.

Hoe beïnvloedt activeringsenergie de reactiesnelheid??

Wanneer u een beeld probeert te krijgen van de activeringsenergie, kan deze worden beschouwd als een barrière die geen reactie mogelijk maakt tussen de lagere energiemoleculen..

Net als bij een gewone reactie komt het voor dat het aantal moleculen dat kan reageren vrij groot is, de snelheid - en equivalent, de kinetische energie van deze moleculen - kan erg variabel zijn..

Over het algemeen komt het voor dat slechts een klein deel van de totaliteit van de moleculen die een botsing ondergaan - die met een grotere bewegingssnelheid - voldoende kinetische energie hebben om de grootte van de activeringsenergie te kunnen overtreffen. Deze moleculen zijn dus geschikt en in staat om deel uit te maken van de reactie.

Volgens de vergelijking van Arrhenius betekent het minteken - dat voorafgaat aan het quotiënt tussen de activeringsenergie en het product van de gasconstante en de absolute temperatuur - dat de snelheidsconstante afneemt naarmate de activeringsenergie toeneemt, evenals een groei als de temperatuur stijgt.

Voorbeelden van berekening van activeringsenergie

Om de activeringsenergie te berekenen door een grafiek te maken, zijn volgens de Arrhenius-vergelijking de snelheidsconstanten voor de ontledingsreactie van aceetaldehyde gemeten bij vijf verschillende temperaturen en is het gewenst om de activeringsenergie voor de reactie te bepalen, die wordt uitgedrukt als:

CH3CHO (g) → CH4(g) + CO (g)

De gegevens voor de vijf metingen zijn als volgt:

k (1 / M1/2S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

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

Om dit onbekende op te lossen en de activeringsenergie te bepalen, moet in de eerste plaats een grafiek van ln k vs 1 / T (y vs x) worden geconstrueerd, om een ​​rechte lijn te krijgen en van hieruit de helling nemen en de waarde van Ea vinden , zoals uitgelegd.

Door de meetgegevens om te zetten volgens de Arrhenius-vergelijking [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A], worden de volgende waarden gevonden voor respectievelijk y en 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

Uit deze waarden en door middel van de wiskundige berekening van de helling - hetzij in een computer hetzij in een rekenmachine, door middel van de uitdrukking m = (Ytwee-Y1) / (Xtwee-X1) of met behulp van de lineaire regressiemethode, wordt verkregen dat m = -Ea / R = -2,09 * 104 K. dus:

Ea = (8,314 J / K mol) (2,09 * 104 K)

= 1,74 * 105 = 1,74 * 10twee kJ / mol

Om andere activeringsenergieën grafisch te bepalen, wordt een vergelijkbare procedure uitgevoerd.

Referenties

  1. Wikipedia. (s.f.). Activeringsenergie. Opgehaald van en.wikipedia.org
  2. Chang, R. (2007). Chemistry, negende editie. Mexico: McGraw-Hill.
  3. Britannica, E. (s.f.). Activeringsenergie. Opgehaald van britannica.com
  4. Moore, J. W. en Pearson, R. G. (1961). Kinetiek en mechanisme. Opgehaald van books.google.co.ve
  5. Kaesche, H. (2003). Corrosie van metalen: fysisch-chemische principes en huidige problemen. Opgehaald van books.google.co.ve

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.