ما هي طاقة التنشيط؟

بينما تبدأ بعض التفاعلات الكيميائية بمجرد أن تتلامس المواد المتفاعلة ، بالنسبة للعديد من التفاعلات الكيميائية الأخرى ، فإن المواد الكيميائية لا تتفاعل حتى يتم تزويدها بمصدر طاقة خارجي يمكنه توفير التنشيط طاقة. هناك العديد من الأسباب التي قد تجعل المتفاعلات القريبة جدًا لا تشارك على الفور في تفاعل كيميائي ، ولكنها مهمة لمعرفة أنواع التفاعلات التي تتطلب طاقة تنشيط ، وكم الطاقة المطلوبة والتفاعلات التي تستمر فورا. عندها فقط يمكن بدء التفاعلات الكيميائية والتحكم فيها بطريقة آمنة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

طاقة التنشيط هي الطاقة المطلوبة لبدء تفاعل كيميائي. تبدأ بعض التفاعلات فورًا عند تجميع المواد المتفاعلة معًا ، ولكن بالنسبة للعديد من التفاعلات الأخرى ، لا يكفي وضع المتفاعلات على مقربة. مطلوب مصدر طاقة خارجي لتزويد طاقة التنشيط حتى يستمر التفاعل.

لتحديد طاقة التنشيط ، يجب تحليل بدء التفاعلات الكيميائية. تحدث مثل هذه التفاعلات عندما تتبادل الجزيئات الإلكترونات أو عندما تتجمع الأيونات ذات الشحنات المعاكسة معًا. لكي تتبادل الجزيئات الإلكترونات ، يجب كسر الروابط التي تحافظ على ارتباط الإلكترونات بجزيء. بالنسبة للأيونات ، تفقد الأيونات الموجبة الشحنة إلكترونًا. في كلتا الحالتين ، هناك حاجة إلى الطاقة لكسر الروابط الأولية.

يمكن أن يوفر مصدر طاقة خارجي الطاقة اللازمة لطرد الإلكترونات المعنية والسماح للتفاعل الكيميائي بالاستمرار. وحدات طاقة التنشيط هي وحدات مثل كيلو جول أو كيلو كالوري أو كيلو وات / ساعة. بمجرد أن يبدأ التفاعل ، فإنه يطلق الطاقة ويكون مكتفيًا ذاتيًا. طاقة التنشيط مطلوبة فقط في البداية ، للسماح ببدء التفاعل الكيميائي.

بناءً على هذا التحليل ، يتم تعريف طاقة التنشيط على أنها الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لبدء تفاعل كيميائي. عندما يتم توفير الطاقة للمواد المتفاعلة من مصدر خارجي ، تتسارع الجزيئات وتصطدم بعنف أكثر. تؤدي التصادمات العنيفة إلى تحرير الإلكترونات ، وتتفاعل الذرات أو الأيونات الناتجة مع بعضها البعض لإطلاق الطاقة والحفاظ على استمرار التفاعل.

أكثر أنواع التفاعلات شيوعًا التي تتطلب طاقة التنشيط تتضمن أنواعًا عديدة من النار أو الاحتراق. تجمع هذه التفاعلات الأكسجين مع مادة تحتوي على الكربون. يحتوي الكربون على روابط جزيئية موجودة مع عناصر أخرى في الوقود بينما يوجد غاز الأكسجين كذرتين من الأكسجين مرتبطة ببعضهما البعض. لا يتفاعل الكربون والأكسجين عادةً مع بعضهما البعض لأن الروابط الجزيئية الموجودة قوية جدًا بحيث لا يمكن كسرها بواسطة الاصطدامات الجزيئية العادية. عندما تكسر طاقة خارجية مثل اللهب من مباراة أو شرارة بعض الروابط ، تتفاعل ذرات الأكسجين والكربون الناتجة لإطلاق الطاقة والحفاظ على النار مشتعلة حتى نفاد الوقود.

مثال آخر هو الهيدروجين والأكسجين الذي يشكل خليطًا متفجرًا. إذا تم خلط الهيدروجين والأكسجين معًا في درجة حرارة الغرفة ، فلن يحدث شيء. يتكون كل من غاز الهيدروجين والأكسجين من جزيئات ذات ذرتين مترابطتين معًا. بمجرد كسر بعض هذه الروابط ، على سبيل المثال بواسطة شرارة ، يحدث انفجار. تمنح الشرارة بضع جزيئات طاقة إضافية حتى تتحرك بسرعة أكبر وتتصادم ، مما يؤدي إلى كسر روابطها. تتحد بعض ذرات الأكسجين والهيدروجين لتكوين جزيئات الماء ، وتطلق كمية كبيرة من الطاقة. تعمل هذه الطاقة على تسريع المزيد من الجزيئات ، وكسر المزيد من الروابط والسماح لمزيد من الذرات بالتفاعل ، مما يؤدي إلى الانفجار.

تعد طاقة التنشيط مفهومًا مفيدًا عندما يتعلق الأمر ببدء التفاعلات الكيميائية والتحكم فيها. إذا كان التفاعل يتطلب طاقة تنشيط ، فيمكن تخزين المواد المتفاعلة معًا بأمان ، و لن يحدث التفاعل المقابل حتى يتم توفير طاقة التنشيط من الخارج مصدر. بالنسبة للتفاعلات الكيميائية التي لا تحتاج إلى طاقة تنشيط ، مثل الصوديوم المعدني والماء على سبيل المثال ، فإن يجب تخزين المواد المتفاعلة بعناية حتى لا تتلامس بالخطأ وتتسبب في عدم السيطرة عليها تفاعل.