Ce este energia de activare sau Ea în chimie
Energia de activare este cantitatea minimă de energie necesară pentru a iniția o reacție. Este înălțimea barierei energetice potențiale dintre minimele energiei potențiale ale reactanților și produselor. Energia de activare este notată cu E și are de obicei unități de kilojoule pe mol (kJ/mol) sau kilocalorii pe mol (kcal/mol). Termenul „energie de activare” a fost introdus de omul de știință suedez Svante Arrhenius în 1889. Ecuația Arrhenius raportează energia la rata de activare la care are loc o reacție chimică:
unde k este coeficientul vitezei de reacție, A este factorul de frecvență pentru reacție, e este numărul irațional (aproximativ egal cu 2,718), E a este energia de activare, R este constanta gazului universal și T este temperatura absolută (Kelvin).
Din ecuația lui Arrhenius se poate observa că viteza de reacție se modifică în funcție de temperatură. De obicei, aceasta înseamnă că o reacție chimică are loc mai repede la o temperatură mai ridicată. Cu toate acestea, există unele cazuri de „energie de activare negativă” în care viteza unei reacții scade odată cu temperatura.
De ce este necesară energia de activare?
Când amestecați două substanțe chimice împreună, numai un număr mic de coliziuni vor apărea în mod natural între moleculele reactante pentru a produce produse. Acest lucru este valabil mai ales atunci când moleculele au energie cinetică mai mică. Deci, înainte ca o proporție semnificativă a reactanților să fie transformată în produse, energia liberă a sistemului trebuie depășită. Energia de activare dă reacția că ceva are nevoie de mai mult impuls pentru a începe. Reacțiile exoterme necesită, de asemenea, energie de activare pentru a începe. De exemplu, niciun teanc de lemn nu va începe să ardă singur. Un chibrit luminat poate furniza energia de activare pentru a începe arderea. Odată ce începe reacția chimică, căldura eliberată de reacție furnizează energia de activare pentru a converti mai mult din reactantul din produs.
Uneori are loc o reacție chimică fără a se adăuga energie suplimentară. În acest caz, energia de activare a reacției este de obicei furnizată de căldura de la temperatura ambiantă. Căldura mărește mișcarea moleculelor reactante, îmbunătățind rata lor de coliziune între ele și creșterea forței coliziunii. Combinația face mai probabilă ruperea legăturilor dintre reactanți, permițând formarea produselor.
Catalizatori și energie de activare
O substanță care scade energia de activare a unei reacții chimice se numește catalizator. Practic, un catalizator acționează prin starea de tranziție a unei reacții modificate. Catalizatorii nu sunt consumați de reacția chimică și nu trebuie să schimbe constanta de echilibru a reacției.
Relația dintre energia de activare și energia Gibbs
Energia de activare este un termen din ecuația Arrhenius folosit pentru a calcula energia necesară pentru a depăși starea de tranziție de la reactanți la produse. Ecuația Eyring este o altă relație care descrie viteza de reacție, cu excepția faptului că, în loc să folosească energia de activare, conține energie de stare de tranziție Gibbs. Energia liberă a stării de tranziție factorează atât entalpia, cât și entropia unei reacții. Energia de activare și energia Gibbs sunt corelate, dar nu interschimbabile.