Activitatea chimică de activare din ce constă, calcul

energia activării chimice (din punct de vedere al studiilor cinetice) se referă la cantitatea minimă de energie necesară pentru a începe o reacție chimică. Conform teoriei coliziunilor în cinetica chimică, se spune că toate moleculele care sunt în mișcare au o anumită cantitate de energie cinetică.

Aceasta înseamnă că cu cât este mai mare viteza mișcării, cu atât este mai mare magnitudinea energiei cinetice. În acest sens, o moleculă care poartă o mișcare rapidă nu poate fi divizată în fragmente în sine, astfel încât trebuie să apară o coliziune între aceasta și o altă moleculă, astfel încât să apară o reacție chimică.

Când se întâmplă acest lucru - când apare o coliziune între molecule - o fracțiune din energia sa cinetică este transformată în energie vibrațională. De asemenea, dacă la începutul procesului energia cinetică este ridicată, moleculele care participă la coliziune vor prezenta o vibrație atât de mare încât unele dintre legăturile chimice prezente vor fi rupte.

Această rupere a legăturilor este primul pas în transformarea reactanților în produse; adică în formarea acestora. Dimpotrivă, dacă la începutul acestui proces energia cinetică are o magnitudine mică, va exista un fenomen de "rebound" al moleculelor, prin care se vor separa practic intacte.

index

• 1 Ce este?
  • 1.1 Complexul activat
• 2 Cum se calculează?
  • 2.1 Calcularea energiei de activare a unei reacții chimice
• 3 Cum acționează energia de activare viteza unei reacții?
• 4 Exemple de calcul al energiei de activare
• 5 Referințe

Ce este?

Pornind de la conceptul de coliziune între molecule pentru inițierea reacțiilor chimice descrise anterior, se poate spune că există o cantitate minimă de energie necesară pentru o coliziune.

Deci, dacă valoarea energiei este mai mică decât acest minim necesar, pur și simplu nu va exista nicio modificare între molecule după coliziune, ceea ce înseamnă că atunci când această energie este absentă, speciile implicate rămân practic intacte și nu se vor întâmpla Nici o modificare datorată acestui șoc.

În această ordine de idei, energia minimă necesară pentru ca o schimbare să apară după o coliziune între molecule se numește energie de activare.

Cu alte cuvinte, moleculele implicate într-un șoc trebuie să aibă o cantitate de energie cinetică totală cu o magnitudine egală sau mai mare decât energia de activare, astfel încât să apară o reacție chimică.

De asemenea, în multe cazuri moleculele se ciocnesc și provin dintr-o nouă specie numită complex activat, structură care este numită și "stare de tranziție", deoarece există doar temporar.

Este cauzată de speciile de reactanți datorate coliziunii și înainte de formarea produșilor de reacție.

Complex activat

Complexul activat menționat mai sus formează o specie care are o stabilitate foarte scăzută, dar care, la rândul său, posedă o magnitudine mare de potențială energie.

Diagrama următoare arată transformarea reactanților în produse, exprimată în termeni de energie și observând că magnitudinea energiei complexului activat care este formată este considerabil mai mare decât cea a reactanților și a produselor.

Dacă la sfârșitul reacției produsele au o stabilitate mai mare decât reactanții, eliberarea energiei are loc sub formă de căldură, dând o reacție exotermă.

Dimpotrivă, dacă reactanții au ca rezultat o stabilitate cu o magnitudine mai mare decât produsele, înseamnă că amestecul de reacție manifestă o absorbție a energiei sub formă de căldură din împrejurimile sale, rezultând o reacție endotermică.

De asemenea, dacă se întâmplă un caz sau altul, trebuie să se construiască o diagramă ca cea prezentată anterior, unde este reprezentată energia potențială a sistemului care reacționează împotriva progresului sau progresului reacției.

În acest fel, schimbările potențiale de energie care se produc odată cu reacția continuă se obțin și reactanții se transformă în produse.

Cum se calculează?

Energia de activare a unei reacții chimice este strâns legată de constanta de viteză a acestei reacții, iar dependența acestei constante de temperatură este reprezentată de ecuația lui Arrhenius:

k = Ae^{-Ea / RT}

În această expresie k reprezintă constanta vitezei reacției (care depinde de temperatură) și parametrul A Se numește factorul de frecvență și este o măsură a frecvenței coliziunilor dintre molecule.

Pe de altă parte,și exprimă baza seriei de logaritme naturale. Se ridică la o putere egală cu coeficientul negativ al energiei de activare (Ea) între produsul rezultat din constanta gazului (R) și temperatura absolută (T) a sistemului care urmează să fie luat în considerare.

Trebuie remarcat faptul că factorul de frecvență poate fi considerat ca o constantă în anumite sisteme de reacție pe o gamă largă de temperatură.

Această expresie matematică a fost invocat la început de chimistul olandez-născut Jacobus Henricus van't Hoff în 1884, dar care a dat validitate științifică și interpretat premisa a fost de origine suedeză chimist Svante Arrhenius în 1889.

Calcularea energiei de activare a unei reacții chimice

Ecuația Arrhenius evidențiază proporționalitatea directă care există între constanta de viteză a unei reacții și frecvența coliziunilor dintre molecule.

De asemenea, această ecuație poate fi reprezentată într-un mod mai convenabil prin aplicarea proprietății logaritmilor naturali pe fiecare parte a ecuației, obținându-se:

ln k = ln A - Ea / RT

La reordonarea termenilor pentru obținerea ecuației unei linii (y = mx + b) se obține următoarea expresie:

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

Deci, atunci când se construiește un teren de ln k împotriva 1 / T o linie dreaptă, în cazul în care se obține ln k reprezintă coordonate y, (-ea / R) reprezintă panta liniei (m), (1 / T) reprezintă coordonata x și ln reprezintă intersecția cu axa ordinelor (b).

După cum se poate observa, panta rezultată din acest calcul este egală cu valoarea lui -Ea / R. Acest lucru implică faptul că, dacă se dorește obținerea valorii energiei de activare prin intermediul acestei expresii, trebuie efectuată o simplă eliberare, care are ca rezultat:

Ea = -mR

Aici este cunoscută valoarea lui m și R este o constantă egală cu 8,314 J / K · mol.

Cum acționează energia de activare viteza unei reacții?

Când încercăm să facem o imagine a energiei de activare, ea poate fi considerată ca o barieră care nu permite o reacție care să apară între moleculele de energie inferioare.

Ca într-o reacție comună se întâmplă că numărul de molecule care pot reacționa este destul de mare, viteza - și echivalent, energia cinetică a acestor molecule - poate fi foarte variabilă.

Se întâmplă de obicei, că doar o cantitate redusă de toate moleculele experimenta o coliziune -ORAȘUL care posedă mai rapid Movement au suficientă energie cinetică pentru a depăși magnitudinea energiei de activare. Apoi, aceste molecule sunt apte și capabile să facă parte din reacție.

Conform ecuației Arrhenius, semnul negativ care precede raportul dintre energia de activare și produsul constantei de gaz de temperatura absolută implică faptul că prezintă rată constantă scădere cu o creștere a energiei de activare, precum și o creștere atunci când temperatura crește.

Exemple de calcul al energiei de activare

Pentru a calcula energia de activare prin construirea unui grafic, conform ecuației lui Arrhenius, trebuie sa fie constantele de viteză pentru reacția de descompunere a acetaldehidei au fost măsurate la cinci temperaturi diferite și se dorește a determina energia de activare pentru reacție, care este exprimată ca:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Datele celor cinci măsurători sunt următoarele:

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

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

În primul rând, pentru a rezolva acest mister si determina energia de activare este de a construi un teren de ln k vs 1 / T (y vs x) pentru a obține o linie dreaptă și de aici să ia panta și pentru a găsi valoarea Ea, așa cum sa explicat.

Transformarea datelor de măsurare, conform ecuației lui Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] următoarele valori pentru y și x, respectiv sunt:

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

Din aceste valori și prin calculul matematic al pantei - fie într-un calculator sau într-un calculator, prin expresia m = (Y₂și₁) / (X₂-X₁) sau folosind metoda regresiei liniare - obținem că m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Deci:

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

= 1,74*10⁵ = 1,74*10² kJ / mol

Pentru a determina alte energii de activare prin modul grafic, se efectuează o procedură similară.

referințe

1. Wikipedia. (N.d.). Activarea energiei. Adus de la en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimie, ediția a IX-a. Mexic: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Energie de activare. Adus de la britannica.com
4. Moore, J. W. și Pearson, R. G. (1961). Cinetică și mecanism. Recuperat de la books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Coroziunea metalelor: principiile fizico-chimice și problemele curente. Descărcat de la books.google.co.ve