TENAGA PENGAKTIFAN KIMIA: PENGIRAANNYA - KIMIA - 2025

The tenaga pengaktifan kimia (dari sudut pandangan kajian kinetik) merujuk kepada jumlah yang paling sedikit tenaga yang diperlukan untuk memulakan tindak balas kimia. Menurut teori perlanggaran dalam kinetik kimia, semua molekul yang bergerak dikatakan mempunyai sejumlah tenaga kinetik.

Ini bererti bahawa semakin besar kelajuan pergerakannya, semakin besar besaran tenaga kinetiknya. Dalam pengertian ini, molekul yang melakukan pergerakan pantas tidak dapat dibagi menjadi serpihan dengan sendirinya, oleh itu perlanggaran harus terjadi di antara ia dan molekul lain untuk tindak balas kimia berlaku.

Apabila ini berlaku - apabila berlaku perlanggaran antara molekul - sebahagian kecil tenaga kinetiknya diubah menjadi tenaga getaran. Begitu juga, jika pada awal proses tenaga kinetik tinggi, molekul-molekul yang terlibat dalam perlanggaran akan menghasilkan getaran hebat sehingga beberapa ikatan kimia yang ada akan putus.

Pemutusan ikatan ini merupakan langkah pertama dalam transformasi reaktan menjadi produk; iaitu, dalam pembentukan ini. Sebaliknya, jika pada awal proses ini, tenaga kinetiknya berskala kecil, akan terjadi fenomena "pemulihan" molekul, di mana ia akan terpisah secara praktikal.

Apa itu terdiri?

Bermula dari konsep perlanggaran antara molekul untuk memulakan tindak balas kimia yang telah dijelaskan sebelumnya, dapat dikatakan bahawa terdapat jumlah tenaga minimum yang diperlukan agar perlanggaran berlaku.

Oleh itu, jika nilai tenaga kurang daripada minimum yang diperlukan ini, maka tidak akan ada perubahan antara molekul-molekul setelah perlanggaran berlaku, yang bermaksud bahawa apabila tenaga ini tidak ada, spesies yang terlibat tetap utuh dan ia tidak akan berlaku. sebarang perubahan disebabkan oleh kemalangan ini.

Dalam susunan idea ini, tenaga minimum yang diperlukan untuk perubahan berlaku setelah perlanggaran antara molekul disebut tenaga pengaktifan.

Dengan kata lain, molekul yang terlibat dalam perlanggaran mesti mempunyai jumlah tenaga kinetik sama dengan atau lebih besar daripada tenaga pengaktifan agar tindak balas kimia dapat berlaku.

Begitu juga, dalam banyak kes molekul bertabrakan dan menimbulkan spesies baru yang disebut kompleks diaktifkan, struktur yang juga disebut "keadaan peralihan" kerana ia hanya wujud sementara.

Ia disebabkan oleh spesies yang bertindak balas kerana perlanggaran dan sebelum pembentukan produk reaksi.

Kompleks diaktifkan

Kompleks aktif yang disebutkan di atas membentuk spesies yang mempunyai kestabilan yang sangat rendah tetapi yang pada gilirannya mempunyai kekuatan berpotensi besar.

Gambar rajah berikut menunjukkan transformasi reaktan kepada produk, dinyatakan dalam bentuk tenaga dan menyatakan bahawa besarnya tenaga kompleks yang diaktifkan yang terbentuk jauh lebih besar daripada reaktan dan produk.

Sekiranya pada akhir tindak balas produk mempunyai kestabilan yang lebih besar daripada bahan reaktan, pelepasan tenaga dalam bentuk haba berlaku, memberikan reaksi eksotermik.

Sebaliknya, jika reaktan menghasilkan kestabilan yang lebih besar daripada produk, ini bermaksud bahawa campuran tindak balas menunjukkan penyerapan tenaga dalam bentuk haba dari persekitarannya, yang menghasilkan reaksi endotermik.

Begitu juga, jika satu kes atau yang lain berlaku, gambarajah seperti yang ditunjukkan sebelumnya mesti dibina, di mana potensi tenaga sistem yang bertindak balas terhadap kemajuan atau kemajuan reaksi diplotkan.

Oleh itu, perubahan tenaga berpotensi yang berlaku semasa tindak balas berlanjutan dan reaktan diubah menjadi produk diperolehi.

Bagaimana ia dikira?

Tenaga pengaktifan tindak balas kimia berkait rapat dengan pemalar kadar tindak balas tersebut, dan pergantungan pemalar ini berkenaan dengan suhu ditunjukkan oleh persamaan Arrhenius:

k = Ae ^{-Ea / RT}

Dalam ungkapan ini k mewakili pemalar kadar tindak balas (yang bergantung pada suhu) dan parameter A disebut faktor frekuensi, dan merupakan ukuran frekuensi perlanggaran antara molekul.

Sebahagiannya, e menyatakan asas rangkaian logaritma semula jadi. Ia dinaikkan menjadi daya yang sama dengan hasil negatif tenaga pengaktifan (Ea) antara produk yang dihasilkan dari pemalar gas (R) dan suhu mutlak (T) sistem yang akan dipertimbangkan.

Perlu diperhatikan bahawa faktor frekuensi dapat dianggap sebagai pemalar dalam sistem reaksi tertentu pada julat suhu yang luas.

Ungkapan matematik ini pada mulanya diasumsikan oleh ahli kimia Belanda Jacobus Henricus van't Hoff pada tahun 1884, tetapi orang yang memberikannya kebenaran ilmiah dan menafsirkan premisnya adalah ahli kimia Sweden Svante Arrhenius, pada tahun 1889.

Pengiraan tenaga pengaktifan tindak balas kimia

Persamaan Arrhenius menentukan perkadaran langsung yang wujud antara pemalar kadar tindak balas dan kekerapan perlanggaran antara molekul.

Begitu juga, persamaan ini dapat ditunjukkan dengan cara yang lebih mudah dengan menerapkan sifat logaritma semula jadi ke setiap sisi persamaan, dengan memperoleh:

ln k = ln A - Ea / RT

Apabila istilah disusun semula untuk mendapatkan persamaan garis (y = mx + b), ungkapan berikut diperoleh:

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

Jadi, semasa membina graf ln k melawan 1 / T, garis lurus diperoleh, di mana ln k mewakili koordinat dan, (-Ea / R) mewakili kemiringan garis (m), (1 / T) mewakili koordinat x, dan ln A mewakili pintasan dengan paksi koordinat (b).

Seperti yang dapat dilihat, cerun yang dihasilkan dari pengiraan ini sama dengan nilai –Ea / R. Ini menunjukkan bahawa, jika anda ingin mendapatkan nilai tenaga pengaktifan melalui ungkapan ini, anda mesti melakukan penjelasan sederhana, yang menghasilkan:

Ea = –mR

Di sini kita mengetahui nilai m dan R ialah pemalar sama dengan 8.314 J / K · mol.

Bagaimana tenaga pengaktifan mempengaruhi kadar tindak balas?

Semasa cuba mendapatkan gambaran mengenai tenaga pengaktifan, ia dapat dilihat sebagai penghalang yang tidak membenarkan tindak balas berlaku di antara molekul tenaga yang lebih rendah.

Seperti dalam reaksi biasa, bilangan molekul yang dapat bertindak balas cukup besar, kelajuan - dan setara, tenaga kinetik molekul ini - boleh berubah-ubah.

Secara amnya, hanya sebilangan kecil molekul yang mengalami perlanggaran - molekul yang mempunyai kelajuan pergerakan yang lebih tinggi - mempunyai tenaga kinetik yang cukup untuk dapat melebihi besarnya tenaga pengaktifan. Jadi molekul ini sesuai dan dapat menjadi sebahagian daripada tindak balas.

Menurut persamaan Arrhenius, tanda negatif - yang mendahului hasil antara tenaga pengaktifan dan produk pemalar gas dan suhu mutlak - menyiratkan bahawa pemalar laju menurun kerana terdapat peningkatan dalam tenaga pengaktifan, serta pertumbuhan apabila suhu meningkat.

Contoh pengiraan tenaga pengaktifan

Untuk mengira tenaga pengaktifan dengan membina graf, menurut persamaan Arrhenius, pemalar kadar untuk tindak balas penguraian asetaldehid telah diukur pada lima suhu yang berbeza dan diinginkan untuk menentukan tenaga pengaktifan untuk tindak balas, yang dinyatakan sebagai:

CH ₃ CHO (g) → CH ₄ (g) + CO (g)

Data untuk lima ukuran adalah seperti berikut:

k (1 / M ^1/2 s): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

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

Pertama sekali, untuk menyelesaikan ini yang tidak diketahui dan menentukan tenaga pengaktifan, graf ln k vs 1 / T (y vs x) mesti dibina, untuk mendapatkan garis lurus dan dari sini ambil cerun dan cari nilai Ea, seperti yang dijelaskan.

Mengubah data pengukuran, menurut persamaan Arrhenius, nilai berikut dijumpai untuk y dan x, masing-masing:

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

Dari nilai-nilai ini dan melalui pengiraan lereng matematik - sama ada di komputer atau kalkulator, menggunakan ungkapan m = (Y ₂ -Y ₁ ) / (X ₂ -X ₁ ) atau menggunakan kaedah regresi linear- kita memperoleh bahawa m = -Ea / R = -2.09 * 10 ⁴ K. Oleh itu:

Ea = (8.314 J / K mol) (2.09 * 10 ⁴ K)

= 1.74 * 10 ⁵ = 1.74 * 10 ² kJ / mol

Untuk menentukan tenaga pengaktifan lain secara grafik, prosedur serupa dilakukan.

Rujukan

1. Wikipedia. (sf). Tenaga Pengaktifan. Dipulihkan dari en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kimia, edisi kesembilan. Mexico: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (nd). Tenaga pengaktifan. Diperolehi dari britannica.com
4. Moore, JW dan Pearson, RG (1961). Kinetik dan Mekanisme. Dipulihkan dari books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Hakisan Logam: Prinsip Fisikokimia dan Masalah Semasa. Diperolehi dari books.google.co.ve