Zatímco některé chemické reakce začínají, jakmile reaktanty přijdou do styku, pro mnoho dalších, chemikálie nereagují, dokud nedostanou externí zdroj energie, který může zajistit aktivaci energie. Existuje několik důvodů, proč se reaktanty v těsné blízkosti nemusí okamžitě zapojit do chemické reakce, ale je to důležité vědět, které typy reakcí vyžadují aktivační energii, kolik energie je zapotřebí a jaké reakce probíhají ihned. Teprve potom lze bezpečně zahájit a řídit chemické reakce.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Aktivační energie je energie potřebná k zahájení chemické reakce. Některé reakce probíhají okamžitě, když se reaktanty spojí, ale pro mnoho dalších nestačí jejich umístění v těsné blízkosti. K pokračování reakce je nutný externí zdroj energie, který dodává aktivační energii.
Definice aktivační energie
K definování aktivační energie je třeba analyzovat zahájení chemických reakcí. Takové reakce nastávají, když si molekuly vyměňují elektrony nebo když se spojují ionty s opačnými náboji. Aby si molekuly mohly vyměňovat elektrony, musí být přerušeny vazby, které udržují elektrony vázané k molekule. U iontů ztratily kladně nabité ionty elektron. V obou případech je potřeba energie k rozbití počátečních vazeb.
Vnější zdroj energie může poskytnout energii potřebnou k uvolnění dotyčných elektronů a umožnění chemické reakce. Jednotkami aktivační energie jsou jednotky, jako jsou kilojouly, kilokalorie nebo kilowatthodiny. Jakmile reakce probíhá, uvolňuje energii a je soběstačná. Aktivační energie je vyžadována pouze na začátku, aby mohla chemická reakce začít.
Na základě této analýzy je aktivační energie definována jako minimální energie potřebná k zahájení chemické reakce. Když je energie dodávána reaktantům z vnějšího zdroje, molekuly se zrychlují a srážejí prudčeji. Prudké srážky uvolní elektrony a výsledné atomy nebo ionty reagují navzájem, aby uvolnily energii a udržovaly průběh reakce.
Příklady chemických reakcí vyžadujících aktivační energii
Nejběžnější typ reakce vyžadující aktivační energii zahrnuje mnoho druhů ohně nebo spalování. Tyto reakce kombinují kyslík s materiálem, který obsahuje uhlík. Uhlík má existující molekulární vazby s dalšími prvky v palivu, zatímco plynný kyslík existuje jako dva atomy kyslíku spojené dohromady. Uhlík a kyslík spolu normálně nereagují, protože existující molekulární vazby jsou příliš silné na to, aby se rozbily běžnými molekulárními srážkami. Když vnější energie, jako je plamen ze zápalky nebo jiskra, rozbije některé vazby, výsledné atomy kyslíku a uhlíku reagují na uvolnění energie a udržení ohně, dokud mu nedojde palivo.
Dalším příkladem je vodík a kyslík tvořící výbušnou směs. Pokud jsou vodík a kyslík smíchány při pokojové teplotě, nic se neděje. Vodík i plynný kyslík jsou tvořeny molekulami se dvěma atomy vázanými dohromady. Jakmile se některá z těchto vazeb rozbije, například jiskrou, dojde k výbuchu. Jiskra dodává několika molekulám energii navíc, takže se rychleji pohybují a srážejí, čímž narušují jejich vazby. Některé atomy kyslíku a vodíku se spojí a vytvoří molekuly vody, čímž uvolní velké množství energie. Tato energie zrychluje více molekul, rozbíjí více vazeb a umožňuje reakci více atomů, což vede k výbuchu.
Aktivační energie je užitečný koncept, pokud jde o zahájení a řízení chemických reakcí. Pokud reakce vyžaduje aktivační energii, mohou být reaktanty bezpečně uloženy společně a odpovídající reakce neproběhne, dokud není aktivační energie dodána z externího zdroje zdroj. U chemických reakcí, které nepotřebují aktivační energii, jako je například kovový sodík a voda, platí reaktanty musí být skladovány opatrně, aby nedošlo k náhodnému kontaktu a nekontrolovanému kontaktu reakce.