Ενώ ορισμένες χημικές αντιδράσεις ξεκινούν μόλις τα αντιδραστήρια έρθουν σε επαφή, για πολλούς άλλους, το χημικές ουσίες δεν αντιδρούν έως ότου παρέχονται με εξωτερική πηγή ενέργειας που μπορεί να παρέχει την ενεργοποίηση ενέργεια. Υπάρχουν αρκετοί λόγοι για τους οποίους τα αντιδραστήρια σε κοντινή απόσταση ενδέχεται να μην εμπλακούν άμεσα σε χημική αντίδραση, αλλά είναι σημαντικό να μάθουμε ποιοι τύποι αντιδράσεων απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης, πόση ενέργεια απαιτείται και ποιες αντιδράσεις προχωρούν αμέσως. Μόνο τότε μπορούν να ξεκινήσουν και να ελεγχθούν χημικές αντιδράσεις με ασφαλή τρόπο.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η ενέργεια που απαιτείται για να ξεκινήσει μια χημική αντίδραση. Ορισμένες αντιδράσεις προχωρούν αμέσως όταν τα αντιδραστήρια ενώνονται, αλλά για πολλούς άλλους, η τοποθέτηση των αντιδραστηρίων σε κοντινή απόσταση δεν είναι αρκετή. Απαιτείται εξωτερική πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία της ενέργειας ενεργοποίησης για να προχωρήσει η αντίδραση.
Ένας ορισμός ενέργειας ενεργοποίησης
Για να καθοριστεί η ενέργεια ενεργοποίησης, πρέπει να αναλυθεί η έναρξη των χημικών αντιδράσεων. Τέτοιες αντιδράσεις συμβαίνουν όταν τα μόρια ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια ή όταν τα ιόντα με αντίθετα φορτία ενώνονται. Για να ανταλλάξουν μόρια τα μόρια, πρέπει να σπάσουν οι δεσμοί που διατηρούν τα ηλεκτρόνια συνδεδεμένα με ένα μόριο. Για τα ιόντα, τα θετικά φορτισμένα ιόντα έχουν χάσει ένα ηλεκτρόνιο. Και στις δύο περιπτώσεις απαιτείται ενέργεια για τη διάσπαση των αρχικών δεσμών.
Μια εξωτερική πηγή ενέργειας μπορεί να παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για την απόσπαση των εν λόγω ηλεκτρονίων και να επιτρέψει τη χημική αντίδραση να προχωρήσει. Οι ενεργειακές μονάδες ενεργοποίησης είναι μονάδες όπως κιλοζούλες, κιλοκαλλιέργειες ή κιλοβατώρες. Μόλις η αντίδραση είναι σε εξέλιξη, απελευθερώνει ενέργεια και είναι αυτοσυντηρούμενη. Η ενέργεια ενεργοποίησης απαιτείται μόνο στην αρχή, για να ξεκινήσει η χημική αντίδραση.
Με βάση αυτήν την ανάλυση, η ενέργεια ενεργοποίησης ορίζεται ως η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη μιας χημικής αντίδρασης. Όταν παρέχεται ενέργεια σε αντιδραστήρια από εξωτερική πηγή, τα μόρια επιταχύνονται και συγκρούονται πιο βίαια. Οι βίαιες συγκρούσεις χτυπούν τα ηλεκτρόνια και τα προκύπτοντα άτομα ή ιόντα αντιδρούν το ένα με το άλλο για να απελευθερώσουν ενέργεια και να συνεχίσουν την αντίδραση.
Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων που απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης
Ο πιο κοινός τύπος αντίδρασης που απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης περιλαμβάνει πολλά είδη πυρκαγιάς ή καύσης. Αυτές οι αντιδράσεις συνδυάζουν οξυγόνο με ένα υλικό που περιέχει άνθρακα. Ο άνθρακας έχει υφιστάμενους μοριακούς δεσμούς με άλλα στοιχεία στο καύσιμο ενώ το αέριο οξυγόνο υπάρχει ως δύο άτομα οξυγόνου που συνδέονται μεταξύ τους. Ο άνθρακας και το οξυγόνο κανονικά δεν αντιδρούν μεταξύ τους επειδή οι υπάρχοντες μοριακοί δεσμοί είναι πολύ ισχυροί για να σπάσουν από συνηθισμένες μοριακές συγκρούσεις. Όταν η εξωτερική ενέργεια, όπως μια φλόγα από ένα σπίρτο ή ένας σπινθήρας, σπάσει μερικούς από τους δεσμούς, τα προκύπτοντα άτομα οξυγόνου και άνθρακα αντιδρούν στην απελευθέρωση ενέργειας και διατηρούν τη φωτιά μέχρι να εξαντληθεί το καύσιμο.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι το υδρογόνο και το οξυγόνο που σχηματίζουν εκρηκτικό μείγμα. Εάν το υδρογόνο και το οξυγόνο αναμιγνύονται μαζί σε θερμοκρασία δωματίου, δεν συμβαίνει τίποτα. Τόσο το αέριο υδρογόνο όσο και το αέριο οξυγόνο αποτελούνται από μόρια με δύο άτομα συνδεδεμένα μεταξύ τους. Μόλις μερικοί από αυτούς τους δεσμούς σπάσουν, για παράδειγμα από μια σπίθα, προκύπτει έκρηξη. Ο σπινθήρας δίνει μερικά μόρια επιπλέον ενέργεια, ώστε να κινούνται πιο γρήγορα και να συγκρούονται, σπάζοντας τους δεσμούς τους. Μερικά άτομα οξυγόνου και υδρογόνου συνδυάζονται για να σχηματίσουν μόρια νερού, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ενέργεια επιταχύνει περισσότερα μόρια, σπάζοντας περισσότερους δεσμούς και αφήνοντας περισσότερα άτομα να αντιδράσουν, με αποτέλεσμα την έκρηξη.
Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι μια χρήσιμη ιδέα για την έναρξη και τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων. Εάν μια αντίδραση απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης, τα αντιδραστήρια μπορούν να αποθηκευτούν μαζί με ασφάλεια, και το Η αντίστοιχη αντίδραση δεν θα πραγματοποιηθεί έως ότου η ενέργεια ενεργοποίησης τροφοδοτηθεί από εξωτερικό πηγή. Για χημικές αντιδράσεις που δεν χρειάζονται ενέργεια ενεργοποίησης, όπως μεταλλικό νάτριο και νερό, για παράδειγμα, το Τα αντιδραστήρια πρέπει να φυλάσσονται προσεκτικά, ώστε να μην έρχονται σε επαφή κατά λάθος και να προκαλούν ανεξέλεγκτο αντίδραση.