Activation Energy Definition in Chemistry

Activeringsenergie is de minimale hoeveelheid energie die nodig is om een ​​reactie te initiëren. Het is de hoogte van de potentiële energiebarrière tussen de potentiële energieminima van de reactanten en producten. Activeringsenergie wordt aangegeven door E_een en heeft typisch eenheden kilojoule per mol (kJ / mol) of kilocalorieën per mol (kcal / mol). De term "activeringsenergie" werd geïntroduceerd door de Zweedse wetenschapper Svante Arrhenius in 1889. De Arrhenius-vergelijking relateert activeringsenergie aan de snelheid waarmee een chemische reactie verloopt:

k = Ae^{-Ea / (RT)}

waar k de reactiesnelheidcoëfficiënt is, A de frequentiefactor voor de reactie is, e het irrationele getal (ongeveer gelijk aan 2.718), E_een is de activeringsenergie, R is de universele gasconstante en T is de absolute temperatuur (Kelvin).

Uit de Arrhenius-vergelijking is te zien dat de reactiesnelheid afhankelijk van de temperatuur verandert. Normaal betekent dit dat een chemische reactie sneller verloopt bij een hogere temperatuur. Er zijn echter enkele gevallen van "negatieve activeringsenergie", waarbij de reactiesnelheid afneemt met de temperatuur.

Waarom is activeringsenergie nodig?

Als u twee chemicaliën met elkaar mengt, treden er natuurlijk slechts een klein aantal botsingen op tussen de reactantmoleculen om producten te maken. Dit geldt met name als de moleculen een lage kinetische energie hebben. Dus voordat een aanzienlijk deel van de reactanten in producten kan worden omgezet, moet de vrije energie van het systeem worden overwonnen. De activeringsenergie geeft de reactie net dat beetje extra duwtje om op gang te komen. Zelfs exotherme reacties vereisen activeringsenergie om te beginnen. Een stapel hout begint bijvoorbeeld niet vanzelf te branden. Een verlichte lucifer kan de activeringsenergie leveren om de verbranding te starten. Zodra de chemische reactie begint, levert de warmte die vrijkomt bij de reactie de activeringsenergie om meer reactant om te zetten in product.

Soms verloopt een chemische reactie zonder extra energie toe te voegen. In dit geval wordt de activeringsenergie van de reactie gewoonlijk geleverd door warmte van de omgevingstemperatuur. Warmte verhoogt de beweging van de reactantmoleculen, waardoor hun kans op botsing met elkaar verbetert en de kracht van de botsingen toeneemt. De combinatie maakt het waarschijnlijker dat bindingen tussen reactant zullen breken, waardoor de vorming van producten mogelijk wordt.

Katalysatoren en activeringsenergie

Een stof die de activeringsenergie van een chemische reactie verlaagt, wordt een katalysator genoemd. Kort gezegd werkt een katalysator door de overgangstoestand van een reactie te wijzigen. Katalysatoren worden niet verbruikt door de chemische reactie en zij veranderen de evenwichtsconstante van de reactie niet.

Relatie tussen activeringsenergie en Gibbs-energie

Activeringsenergie is een term in de Arrhenius-vergelijking die wordt gebruikt om de energie te berekenen die nodig is om de overgangstoestand van reactanten naar producten te overwinnen. De Eyring-vergelijking is een andere relatie die de reactiesnelheid beschrijft, behalve dat in plaats van het gebruik van activeringsenergie Gibbs-energie van de overgangstoestand wordt gebruikt. De Gibbs-energie van de overgangstoestand speelt een rol bij zowel enthalpie als entropie van een reactie. Activatie-energie en Gibbs-energie zijn gerelateerd, maar niet uitwisselbaar.