Усі інгредієнти з усього світу доступні: мука, яйця, тепло. Однак, якщо ви не визначите початкову точку, торт не вийде. Вийде безлад. Простіше кажучи, це є енергія активації. Це мінімальна енергія, необхідна у тому, щоб перевести атом чи молекулу зі стану спокою на стан реакції. Без неї нічого не відбувається.
У хімії це називається порогом. Це певний рівень енергії, який має досягти частка, щоб зазнати хімічної зміни або фізичного руху. Уявіть собі енергетичний бар’єр. Якщо молекули недостатньо сильні, щоб подолати цей бар’єр, реакція зупиняється. Крапка.
Пояснення теорії перехідного стану
Щоб по-справжньому зрозуміти, як це працює, потрібно вивчити теорію перехідного стану. Тут енергія активації визначається як різниця в вмісті енергії між активованою конфігурацією і вихідним станом.
Уявіть, що м’яч знаходиться у долині. Щоб він перекотився на інший бік, ви повинні підштовхнути його нагору по пагорбі. Ця вершина гори є перехідний стан. Енергія, необхідна м’ячу для досягнення найвищої точки, є енергія активації.
Ця концепція математично виражена у рівнянні Арреніуса. Воно може здатися лякаючим, але це лише формула, що описує те, як швидко можуть відбуватися процеси.
k = A e ^ (- E a / R T )
Давайте розберемо її, не використовуючи надто багато термінів.
- k — константа швидкості реакції. По суті це швидкість відгуку.
- A – передекспоненційний множник. Він визначає, як часто стикаються молекули. Кожна реакція є унікальною.
- E a – називається енергією активації.
- R – універсальна газова постійна. Вона становить приблизно 8,314 джоулів на кельвін на моль.
- T — температура в Кельвінах.
Це рівняння показує пряму залежність. У міру збільшення енергії активація константа швидкості зменшується. Що перешкода, то повільніше йде реакція.
Це стосується не тільки хімії
Зазвичай ми говоримо про це в контексті змішування рідин або газів, але енергія активації також може бути застосована до фізичного перенесення. Дифузія є важливим прикладом.
Коли частинки дифундують з області з високою концентрацією область з низькою концентрацією, вони повинні подолати енергетичний бар’єр. Коефіцієнт дифузії D підпорядковується аналогічному експонентному виразу.
D = D 0 e ^ (-E a / R T )
Тут D 0 – константа. Принципи залишаються тими самими. Що енергія активації дифузії, то повільніше рухаються частки.
Як вчені вимірюють її
Ви не можете дізнатися про енергію активації, просто подивившись у колбу. Вона не вказана на етикетці пляшки.
Вчені визначають ці значення експериментально. Вимірюють константи швидкості або коефіцієнти дифузії за різних температур. Побудувавши графік цієї інформації, ми можемо обчислити і знайти енергію активації.
Це процес спостереження та обчислень. Ви змінюєте температуру. Спостерігаєте, як змінюється швидкість. Потім робіть розрахунки, щоб знайти критичний енергетичний поріг.
Чому вам варто знати про цю перешкоду
Енергію активації розуміють не лише хіміки у білих халатах. Вона пояснює, чому іноді процеси відбуваються швидко, інколи ж займають роки.
Вона пояснює, чому
