Aktivierungsenergie ist die Energiemenge, die zugeführt werden muss, damit eine chemische Reaktion abläuft. Das folgende Beispielproblem zeigt, wie die Aktivierungsenergie einer Reaktion aus Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten bei verschiedenen Temperaturen bestimmt wird.
Aktivierungsenergieproblem
Eine Reaktion zweiter Ordnung wurde beobachtet. Das Reaktionsrate Die Konstante bei drei Grad Celsius betrug 8,9 x 10-3 L / mol und 7,1 · 10-2 L / mol bei 35 Grad Celsius. Was ist die Aktivierungsenergie dieser Reaktion?
Lösung
Das Aktivierungsenergie kann mit folgender Gleichung bestimmt werden:
ln (k2/ k1) = E.ein/ R x (1 / T.1 - 1 / T.2)
wo
E.ein = die Aktivierungsenergie der Reaktion in J / mol
R = die ideale Gaskonstante = 8,3145 J / K · mol
T.1 und T2 = absolute Temperaturen (in Kelvin)
k1 und k2 = die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten bei T.1 und T2
Schritt 1: Konvertieren Sie Temperaturen von Grad Celsius in Kelvin
T = Grad Celsius + 273,15
T.1 = 3 + 273.15
T.1 = 276,15 K.
T.2 = 35 + 273.15
T.2 = 308,15 Kelvin
Schritt 2 - Finde E.ein
ln (k2/ k1) = E.ein/ R x (1 / T.1 - 1 / T.2)
In (7,1 x 10)-2/ 8,9 x 10-3) = E.ein/ 8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = E.ein/ 8,3145 J / K · mol × 3,76 × 10-4 K.-1
2,077 = E.ein(4,52 x 10-5 mol / J)
E.ein = 4,59 x 104 J / mol
oder in kJ / mol (dividiert durch 1000)
E.ein = 45,9 kJ / mol
Antworten: Die Aktivierungsenergie für diese Reaktion beträgt 4,59 x 104 J / mol oder 45,9 kJ / mol.
Verwenden eines Diagramms zum Ermitteln der Aktivierungsenergie
Eine andere Möglichkeit, die Aktivierungsenergie einer Reaktion zu berechnen, besteht darin, ln k (die Geschwindigkeitskonstante) gegen 1 / T (die Umkehrung der Temperatur in Kelvin) grafisch darzustellen. Das Diagramm bildet eine gerade Linie, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
m = - E.ein/ R.
Dabei ist m die Steigung der Linie, Ea die Aktivierungsenergie und R die ideale Gaskonstante von 8,314 J / mol-K. Wenn Sie Temperaturmessungen in Celsius oder Fahrenheit durchgeführt haben, denken Sie daran, diese in Kelvin umzurechnen, bevor Sie 1 / T berechnen und das Diagramm zeichnen.
Wenn Sie ein Diagramm der Energie der Reaktion gegen die Reaktionskoordinate erstellen, ist die Differenz zwischen der Energie der Reaktanten und die Produkte wären ΔH, während die überschüssige Energie (der Teil der Kurve über dem der Produkte) die Aktivierung wäre Energie.
Beachten Sie, dass die meisten Reaktionsgeschwindigkeiten zwar mit der Temperatur zunehmen, in einigen Fällen jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur abnimmt. Diese Reaktionen haben eine negative Aktivierungsenergie. Während Sie also erwarten sollten, dass die Aktivierungsenergie eine positive Zahl ist, sollten Sie sich bewusst sein, dass sie auch negativ sein kann.
Wer hat die Aktivierungsenergie entdeckt?
Schwedischer Wissenschaftler Svante Arrhenius schlugen 1880 den Begriff "Aktivierungsenergie" vor, um die minimale Energie zu definieren, die eine Reihe chemischer Reaktanten benötigt, um zu interagieren und Produkte zu bilden. In einem Diagramm wird die Aktivierungsenergie als Höhe einer Energiebarriere zwischen zwei minimalen Punkten potenzieller Energie grafisch dargestellt. Die Mindestpunkte sind die Energien der stabilen Reaktanten und Produkte.
Selbst exotherme Reaktionen wie das Verbrennen einer Kerze erfordern einen Energieeinsatz. Bei Verbrennung löst ein brennendes Streichholz oder extreme Hitze die Reaktion aus. Von dort liefert die aus der Reaktion entstehende Wärme die Energie, um sie selbsttragend zu machen.