Chemische Aktivierungsenergie, aus der es besteht, Berechnung



Diechemische Aktivierungsenergie (vom Standpunkt der kinetischen Studien) bezieht sich auf die geringstmögliche Menge an Energie, die benötigt wird, um eine chemische Reaktion zu starten. Nach der Theorie der Kollisionen in der chemischen Kinetik wird gesagt, dass alle Moleküle, die sich in Bewegung befinden, eine gewisse Menge an kinetischer Energie haben.

Je größer die Geschwindigkeit Ihrer Bewegung ist, desto größer ist Ihre kinetische Energie. In diesem Sinne ist ein Molekül, das eine schnelle Bewegung trägt, kann nicht allein in Fragmente unterteilt werden, so dass eine Kollision zwischen diesem und anderem Moleküle für eine chemische Reaktion stattfinden muß auftreten.

Wenn dies geschieht - wenn eine Kollision zwischen den Molekülen auftritt - wird ein Bruchteil seiner kinetischen Energie in Schwingungsenergie umgewandelt. Auch wenn zu Beginn des Prozesses kinetische Energie relativ hoch ist, die an der Kollision beteiligten Moleküle präsentieren so eine große Schwingung, die einige der chemischen Bindungen gebrochen sind.

Dieses Aufbrechen von Verbindungen ist der erste Schritt bei der Umwandlung von Reaktanten in Produkte; das heißt, in der Bildung von diesen. Im Gegenteil, wenn am Anfang dieses Prozesses kinetische Energie in der Größe klein ist, wird es ein Phänomen der „Rebound“ von Molekülen, durch die diese wurden praktisch intakt getrennt werden gegeben.

Index

  • 1 Was ist das?
    • 1.1 Aktivierter Komplex
  • 2 Wie wird es berechnet?
    • 2.1 Berechnung der Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion
  • 3 Wie beeinflusst die Aktivierungsenergie die Geschwindigkeit einer Reaktion?
  • 4 Beispiele zur Berechnung der Aktivierungsenergie
  • 5 Referenzen

Was ist das?

Ausgehend von dem Konzept der Kollisionen zwischen Molekülen, um die zuvor beschriebenen chemischen Reaktionen zu initiieren, kann gesagt werden, dass eine minimale Menge an Energie erforderlich ist, damit eine Kollision auftritt.

Also, wenn der Energiewert kleiner als das erforderliche Minimum, einfach wird keine Veränderung zwischen den Molekülen nach Vorlage der Kollision sein, was bedeutet, dass, wenn diese Energie nicht vorhanden ist, beteiligt sich die Spezies bleiben weitgehend intakt und wird nicht passieren Keine Änderung aufgrund dieses Schocks.

In dieser Reihenfolge der Ideen wird die minimale Energie, die benötigt wird, damit eine Änderung nach einer Kollision zwischen Molekülen auftritt, Aktivierungsenergie genannt.

Mit anderen Worten, die an einem Stoß beteiligten Moleküle müssen eine Menge an kinetischer Gesamtenergie mit einer Größe gleich oder größer als die Aktivierungsenergie aufweisen, so dass eine chemische Reaktion auftreten kann.

In vielen Fällen kollidieren die Moleküle und bilden eine neue Art namens aktivierter Komplex, eine Struktur, die auch "Übergangszustand" genannt wird, da sie nur vorübergehend existiert.

Es wird durch die Reaktantenspezies aufgrund der Kollision und vor der Bildung der Reaktionsprodukte verursacht.

Aktivierter Komplex

Der oben erwähnte aktivierte Komplex bildet eine Spezies, die eine sehr geringe Stabilität besitzt, die aber wiederum eine große potentielle Energie besitzt.

Das folgende Diagramm zeigt die Umwandlung von Reaktanten in Produkte, ausgedrückt in Energie, und stellt fest, dass die Größe der Energie des gebildeten aktivierten Komplexes beträchtlich größer ist als die der Reaktanten und Produkte.

Wenn die Produkte am Ende der Reaktion eine größere Stabilität als die Reaktanten aufweisen, erfolgt die Freisetzung von Energie in Form von Wärme, was zu einer exothermen Reaktion führt.

Umgekehrt, wenn die Reaktanden eine Stabilität von größerem Betrag als die Produkte sind, bedeutet dies, dass das Reaktionsgemisch eine Energieabsorption als Wärme aus seiner Umgebung zeigt, endothermen Reaktionstyp führt.

Auch, wenn es einen Fall passiert, oder die andere muss ein Diagramm konstruieren, wie oben dargestellt, wobei das Potentialenergiesystem reagiert gegen den Fortschritt oder Verlauf der Reaktion Graphen.

Auf diese Weise werden die potentiellen Energieänderungen, die mit fortschreitender Reaktion auftreten, erhalten und die Reaktanten werden in Produkte umgewandelt.

Wie wird es berechnet?

Die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion ist eng mit der Geschwindigkeitskonstante dieser Reaktion verbunden, und die Abhängigkeit dieser Konstante von der Temperatur wird durch die Arrhenius-Gleichung dargestellt:

k = Ae-Ea / RT

In diesem Ausdruck k stellt die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion (die von der Temperatur abhängt) und den Parameter dar A Es wird der Frequenzfaktor genannt, und es ist ein Maß für die Häufigkeit der Kollisionen zwischen Molekülen.

Auf der anderen Seite,e drückt die Grundlage der Reihe natürlicher Logarithmen aus. Es wird auf eine Potenz erhöht, die dem negativen Quotienten der Aktivierungsenergie entspricht (Ea) zwischen dem Produkt, das sich aus der Gaskonstante ergibt (R) und die absolute Temperatur (T) des zu berücksichtigenden Systems.

Es sollte beachtet werden, dass der Frequenzfaktor in bestimmten Reaktionssystemen über einen weiten Temperaturbereich als konstant betrachtet werden kann.

Dieser mathematische Ausdruck wurde ursprünglich von dem Chemiker niederländischer Herkunft Jacobus Henricus van't Hoff im Jahre 1884 übernommen, der ihm jedoch wissenschaftliche Gültigkeit gab und seine Prämisse im Jahre 1889 dem Chemiker Svante Arrhenius aus Schweden auslegte.

Berechnung der Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion

Die Arrhenius-Gleichung weist auf die direkte Proportionalität hin, die zwischen der Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion und der Häufigkeit der Kollisionen zwischen Molekülen besteht.

Gleichermaßen kann diese Gleichung auf eine bequemere Weise dargestellt werden, indem die Eigenschaft natürlicher Logarithmen auf jeder Seite der Gleichung angewendet wird, um zu erhalten:

ln k = ln A - Ea / RT

Wenn die Terme neu angeordnet werden, um die Gleichung einer Linie (y = mx + b) zu erhalten, wird der folgende Ausdruck erreicht:

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

Wenn wir also einen Graphen von ln k gegen 1 / T konstruieren, erhalten wir eine gerade Linie, wobei ln k die y-Koordinate darstellt, (- A / R) die Steigung der Linie (m), (1 / T) repräsentiert die Koordinate x, und ln repräsentiert den Schnittpunkt mit der Ordinatenachse (b).

Wie zu sehen ist, ist die aus dieser Berechnung resultierende Steigung gleich dem Wert von -Ea / R. Dies bedeutet, dass, wenn es erwünscht ist, den Wert der Aktivierungsenergie mittels dieses Ausdrucks zu erhalten, eine einfache Freigabe durchgeführt werden muss, was zu Folgendem führt:

Ea = -mR

Hier ist der Wert von m bekannt und R ist eine Konstante gleich 8.314 J / K · mol.

Wie beeinflusst die Aktivierungsenergie die Geschwindigkeit einer Reaktion?

Wenn versucht wird, ein Bild der Aktivierungsenergie zu machen, kann dies als eine Barriere betrachtet werden, die keine Reaktion zwischen den niederenergetischen Molekülen erlaubt.

Da in einer gemeinsamen Reaktion die Anzahl der Moleküle, die reagieren können, ziemlich groß ist, kann die Geschwindigkeit - und ebenso die kinetische Energie dieser Moleküle - sehr variabel sein.

Es passiert normalerweise, dass nur ein kleiner Teil der Gesamtheit der Moleküle, die einer Kollision unterliegen - diejenigen, die eine größere Bewegungsgeschwindigkeit haben - genügend kinetische Energie aufweist, um die Größe der Aktivierungsenergie zu überwinden. Dann sind diese Moleküle geeignet und in der Lage, Teil der Reaktion zu sein.

Gemäß der Arrhenius-Gleichung impliziert das negative Vorzeichen, das dem Quotienten zwischen der Aktivierungsenergie und dem Produkt der Gaskonstante durch die absolute Temperatur vorausgeht, dass die Geschwindigkeitskonstante abnimmt, wenn die Aktivierungsenergie zunimmt. sowie ein Wachstum, wenn die Temperatur steigt.

Beispiele für die Berechnung der Aktivierungsenergie

Um die Aktivierungsenergie durch Konstruktion eines Graphen gemäß der Arrhenius-Gleichung zu berechnen, haben wir die Geschwindigkeitskonstanten für die Zersetzungsreaktion von Acetaldehyd bei fünf verschiedenen Temperaturen gemessen und wollen die Aktivierungsenergie bestimmen für die Reaktion, die ausgedrückt wird als:

CH3CHO (g) → CH4(g) + CO (g)

Die Daten der fünf Messungen sind die folgenden:

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

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

Zuerst, um diese Frage zu lösen und die Aktivierungsenergie zu bestimmen, müssen wir einen Graphen von ln k gegen 1 / T (y gegen x) konstruieren, um eine gerade Linie zu erhalten und von hier aus die Steigung nehmen und den Wert von Ea finden. wie erklärt.

Transformieren der Daten der Messungen gemäß der Arrhenius-Gleichung [In k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] werden die folgenden Werte für y bzw. x gefunden:

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

Von diesen Werten und mittels der mathematischen Berechnung der Steigung - entweder in einem Computer oder in einem Rechner, mittels des Ausdrucks m = (Y2und1) / (X2-X1) oder mit der linearen Regressionsmethode - wir erhalten m = -Ea / R = -2,09 * 104 K. Also:

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

= 1,74*105 = 1,74*102 kJ / mol

Um andere Aktivierungsenergien auf graphische Weise zu bestimmen, wird ein ähnliches Verfahren durchgeführt.

Referenzen

  1. Wikipedia. (s.). Aktivierungsenergie. Erholte sich von en.wikipedia.org
  2. Chang, R. (2007). Chemie, Neunte Ausgabe. Mexiko: McGraw-Hill.
  3. Britannica, E. (s.f.). Aktivierungsenergie. Von britannica.com abgerufen
  4. Moore, J. W. und Pearson, R. G. (1961). Kinetik und Mechanismus. Wiederhergestellt von books.google.co.ve
  5. Kaesche, H. (2003). Korrosion von Metallen: Physikalisch-chemische Prinzipien und aktuelle Probleme. Von books.google.co.ve abgerufen