Докато някои химични реакции започват веднага след като реагентите влязат в контакт, за много други, химикалите не реагират, докато не се доставят с външен източник на енергия, който може да осигури активирането енергия. Има няколко причини, поради които реагентите в непосредствена близост може да не влязат веднага в химическа реакция, но е важно да се знае за кои типове реакции е необходима енергия за активиране, колко енергия е необходима и кои реакции протичат веднага. Само тогава химичните реакции могат да бъдат инициирани и контролирани по безопасен начин.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Енергията на активиране е енергията, необходима за започване на химична реакция. Някои реакции протичат веднага, когато реагентите се съберат, но за много други поставянето на реагентите в непосредствена близост не е достатъчно. За протичане на реакцията е необходим външен енергиен източник, който да доставя активиращата енергия.
Определение на енергията на активиране
За да се определи енергията на активиране, трябва да се анализира инициирането на химични реакции. Такива реакции възникват, когато молекулите обменят електрони или когато йони с противоположни заряди се събират заедно. За да могат молекулите да обменят електрони, връзките, които държат електроните, свързани с молекулата, трябва да се разкъсат. За йоните положително заредените йони са загубили електрон. И в двата случая е необходима енергия за разкъсване на първоначалните връзки.
Външен източник на енергия може да осигури енергията, необходима за изместване на въпросните електрони и да позволи на химическата реакция да продължи. Енергийните единици за активиране са единици като килоджаули, килокалории или киловатчас. След като реакцията е в ход, тя освобождава енергия и се самоподдържа. Енергията на активиране се изисква само в началото, за да може химическата реакция да започне.
Въз основа на този анализ енергията на активиране се определя като минималната енергия, необходима за започване на химична реакция. Когато енергията се подава към реагентите от външен източник, молекулите се ускоряват и се сблъскват по-силно. Силните сблъсъци освобождават електроните и получените атоми или йони реагират помежду си, за да освободят енергия и да поддържат реакцията.
Примери за химични реакции, изискващи активираща енергия
Най-често срещаният тип реакция, изискваща енергия за активиране, включва много видове пожар или горене. Тези реакции комбинират кислорода с материал, който съдържа въглерод. Въглеродът има съществуващи молекулни връзки с други елементи в горивото, докато кислородният газ съществува като два кислородни атома, свързани заедно. Въглеродът и кислородът обикновено не реагират помежду си, тъй като съществуващите молекулни връзки са твърде силни, за да се разрушат при обикновени молекулярни сблъсъци. Когато външна енергия като пламък от кибритена клечка или искра прекъсне някои от връзките, получените кислородни и въглеродни атоми реагират, за да освободят енергия и поддържат огъня, докато свърши горивото.
Друг пример е водородът и кислородът, образуващи експлозивна смес. Ако водородът и кислородът се смесят заедно при стайна температура, нищо не се случва. Както водородът, така и кислородният газ са изградени от молекули с два атома, свързани заедно. Веднага щом някои от тези връзки се скъсат, например от искра, се получава експлозия. Искрата дава на няколко молекули допълнителна енергия, така че те се движат по-бързо и се сблъскват, разрушавайки връзките им. Някои кислородни и водородни атоми се комбинират, образувайки водни молекули, освобождавайки голямо количество енергия. Тази енергия ускорява повече молекули, прекъсвайки повече връзки и позволявайки на повече атоми да реагират, което води до експлозия.
Енергията на активиране е полезна концепция, когато става въпрос за иницииране и контрол на химични реакции. Ако реакцията изисква енергия за активиране, реагентите могат да се съхраняват безопасно заедно и съответната реакция няма да се осъществи, докато енергията за активиране не бъде подадена от външен източник. За химични реакции, които не се нуждаят от активираща енергия, като метален натрий и вода например, реагентите трябва да се съхраняват внимателно, за да не попаднат случайно в контакт и да причинят неконтролиран реакция.