Какво представлява енергията на активиране или Еа в химията
Енергията на активиране е минималното количество енергия, необходимо за иницииране на реакция. Това е височината на потенциалната енергийна бариера между минимумите на потенциалната енергия на реагентите и продуктите. Енергията на активиране се обозначава с Е и обикновено има единици килоджаули на мол (kJ/mol) или килокалории на мол (kcal/mol). Терминът "енергия на активиране" е въведен от шведския учен Сванте Арениус през 1889 г. Уравнението на Арениус свързва енергията със скоростта на активиране, при която протича химическа реакция:
където k е коефициентът на скоростта на реакцията, A е честотният фактор за реакцията, e е ирационалното число (приблизително равно на 2.718), E a е енергията на активиране, R е универсалната газова константа и T е абсолютната температура (Келвин).
От уравнението на Арениус може да се види, че скоростта на реакцията се променя в зависимост от температурата. Обикновено това означава, че химическата реакция протича по-бързо при по-висока температура. Има обаче някои случаи на „отрицателна енергия на активиране“, при които скоростта на реакция намалява с температурата.
Защо е необходима енергията за активиране?
Когато смесите два химикала заедно, разбира се, ще се случи само малък брой сблъсъци между реагентните молекули, за да се получат продукти. Това е особено вярно, когато молекулите имат по-ниска кинетична енергия. Така че, преди значителна част от реагентите да се превърнат в продукти, свободната енергия на системата трябва да бъде преодоляна. Енергията на активиране дава реакцията, че нещо се нуждае от повече тяга, за да тръгне. Екзотермичните реакции също изискват енергия за активиране, за да започнете. Например нито една купчина дърва няма да започне да изгаря сама. Запалена клечка кибрит може да осигури енергия за активиране, за да започне горенето. След като химическата реакция започне, топлината, отделена от реакцията, доставя енергията за активиране, за да преобразува повече от реагента в продукта.
Понякога протича химическа реакция, без да се добавя допълнителна енергия. В този случай енергията на активиране на реакцията обикновено се доставя от топлината от околната температура. Топлината увеличава движението на реагентните молекули, подобрявайки скоростта им на сблъскване една с друга и увеличавайки силата на сблъсъка. Комбинацията прави по-вероятно разкъсването на връзките между реагентите, позволявайки образуването на продукти.
Катализатори и активираща енергия
Вещество, което намалява енергията на активиране на химична реакция, се нарича катализатор. По принцип катализаторът действа през преходното състояние на модифицираната реакция. Катализаторите не се консумират от химическата реакция и те не трябва да променят равновесната константа на реакцията.
Връзка между енергията на активиране и енергията на Гибс
Енергията на активиране е термин в уравнението на Арениус, използван за изчисляване на енергията, необходима за преодоляване на състоянието на преход от реагенти към продукти. Уравнението на Айринг е друга връзка, която описва скоростта на реакцията, но вместо да използва енергията на активиране, тя съдържа енергията на Гибс в преходно състояние. Свободната енергия на преходното състояние фактори както в енталпията, така и в ентропията на реакцията. Енергията на активиране и енергията на Гибс са свързани, но не са взаимозаменяеми.