Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Визначення енергії активації
- Приклади хімічних реакцій, що вимагають енергії активації
Хоча деякі хімічні реакції починаються, як тільки реагенти контактують, для багатьох інших хімічні речовини не реагують, поки не постачаються із зовнішнім джерелом енергії, який може забезпечити енергію активації. Є кілька причин, що реагенти, які знаходяться в безпосередній близькості, можуть не відразу вступати в хімічну реакцію, але важливо знати, для яких типів реакцій потрібна енергія активації, скільки енергії потрібно і які реакції протікають негайно. Тільки тоді хімічні реакції можуть бути ініційовані та контрольовані безпечним чином.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Енергія активації - це енергія, необхідна для початку хімічної реакції. Деякі реакції протікають негайно, коли реагенти збираються разом, але для багатьох інших розміщення реагентів у безпосередній близькості недостатньо. Для протікання реакції потрібно зовнішнє джерело енергії для подачі активаційної енергії.
Визначення енергії активації
Для визначення енергії активації необхідно провести аналіз хімічних реакцій. Такі реакції виникають, коли молекули обмінюються електронами або коли іони з протилежними зарядами об'єднуються. Щоб молекули могли обмінюватися електронами, зв’язки, які утримують електрони, пов'язані з молекулою, повинні бути розірвані. Для іонів позитивно заряджені іони втратили електрон. В обох випадках енергія потрібна для розриву початкових зв’язків.
Зовнішнє джерело енергії може забезпечувати енергію, необхідну для вивільнення відповідних електронів і дозволяти хімічній реакції протікати. Агрегати енергії активації - це такі одиниці, як кілоджоулі, кілокалорії або кіловат-години. Як тільки реакція ведеться, вона звільняє енергію і самозберігається. Енергія активації потрібна лише на початку, щоб почати хімічну реакцію.
На основі цього аналізу енергія активації визначається як мінімальна енергія, необхідна для початку хімічної реакції. Коли енергія надходить до реагентів із зовнішнього джерела, молекули прискорюються та стикаються сильніше. Бурхливі зіткнення вибивають електрони вільними, а отримані атоми або іони реагують один з одним, щоб вивільнити енергію та тримати реакцію.
Приклади хімічних реакцій, що вимагають енергії активації
Найпоширеніший тип реакції, що вимагає енергії активації, передбачає багато видів пожежі чи горіння. Ці реакції поєднують кисень з матеріалом, який містить вуглець. Вуглець має існуючі молекулярні зв’язки з іншими елементами в паливі, тоді як газ кисню існує як два атоми кисню, пов'язані між собою. Вуглець і кисень зазвичай не реагують між собою, оскільки існуючі молекулярні зв’язки занадто сильні, щоб розірватися звичайними молекулярними зіткненнями. Коли зовнішня енергія, наприклад, полум'я від сірника або іскра, розриває деякі зв’язки, утворюються атоми кисню та вуглецю реагують на виділення енергії і тривають вогонь, поки у неї не закінчиться паливо.
Інший приклад - водень і кисень, що утворюють вибухову суміш. Якщо водень і кисень змішати разом при кімнатній температурі, нічого не відбувається. І водень, і газ кисню складаються з молекул з двома атомами, зв'язаними між собою. Як тільки частина цих зв'язків розірвана, наприклад, іскра, виникає вибух. Іскра дає кілька молекул додаткової енергії, тому вони швидше рухаються і стикаються, розриваючи свої зв’язки. Деякі атоми кисню та водню поєднуються, утворюючи молекули води, вивільняючи велику кількість енергії. Ця енергія прискорює більше молекул, розриваючи більше зв’язків і дозволяючи більше атомів реагувати, в результаті чого вибух.
Енергія активації - це корисна концепція, коли йдеться про ініціювання та контроль хімічних реакцій. Якщо реакція вимагає енергії активації, реагенти можуть зберігатися разом безпечно, і відповідна реакція не відбуватиметься, поки енергія активації не буде подана із зовнішнього джерела. Для хімічних реакцій, яким не потрібна енергія активації, наприклад металевий натрій та вода, наприклад, реагенти необхідно акуратно зберігати, щоб вони випадково не контактували та викликали неконтрольовану реакцію.