Kui mõned keemilised reaktsioonid algavad kohe, kui reagendid kokku puutuvad, siis paljude teiste jaoks kemikaalid ei reageeri enne, kui neid varustatakse välise energiaallikaga, mis võib aktiveerida energia. On mitmeid põhjuseid, miks läheduses olevad reagendid ei pruugi kohe keemilises reaktsioonis osaleda, kuid see on oluline teada, millist tüüpi reaktsioonid vajavad aktiveerimisenergiat, kui palju energiat on vaja ja millised reaktsioonid kulgevad kohe. Alles seejärel saab keemilisi reaktsioone ohutul viisil käivitada ja kontrollida.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Aktiveerimisenergia on keemilise reaktsiooni käivitamiseks vajalik energia. Mõned reaktsioonid toimuvad kohe, kui reagendid on kokku viidud, kuid paljude teiste jaoks ei piisa reaktantide lähedusest. Reaktsiooni kulgemiseks on vajalik väline energiaallikas, mis annab aktiveerimisenergia.
Aktiveerimisenergia määratlus
Aktivatsioonienergia määratlemiseks tuleb analüüsida keemiliste reaktsioonide algatamist. Sellised reaktsioonid tekivad siis, kui molekulid vahetavad elektrone või kui vastupidise laenguga ioonid on kokku viidud. Et molekulid saaksid elektrone vahetada, tuleb sidemed, mis hoiavad elektronid molekuli külge seotud, katkeda. Ioonide jaoks on positiivselt laetud ioonid kaotanud elektroni. Mõlemal juhul on algsete sidemete purustamiseks vaja energiat.
Väline energiaallikas võib anda energiat, mis on vajalik kõnealuste elektronide eemaldamiseks ja keemilise reaktsiooni kulgemiseks. Aktiveerimisenergiaühikud on sellised ühikud nagu kilodžaulid, kilokalorid või kilovatt-tunnid. Kui reaktsioon on käimas, vabastab see energiat ja on isemajandav. Aktiveerimisenergia on vajalik ainult alguses, et lasta keemilisel reaktsioonil algust teha.
Selle analüüsi põhjal määratletakse aktiveerimisenergia kui minimaalne energia, mis on vajalik keemilise reaktsiooni käivitamiseks. Kui reaktantidele tarnitakse energiat välisest allikast, siis molekulid kiirenevad ja põrkuvad ägedamalt kokku. Vägivaldsed kokkupõrked löövad elektronid vabaks ning tekkivad aatomid või ioonid reageerivad üksteisega energia vabastamiseks ja reaktsiooni jätkamiseks.
Aktiveerimisenergiat vajavate keemiliste reaktsioonide näited
Kõige tavalisem reaktsioonitüüp, mis nõuab aktiveerimisenergiat, hõlmab mitut liiki tuld või põlemist. Need reaktsioonid ühendavad hapnikku süsinikku sisaldava materjaliga. Süsinikul on molekulaarsed sidemed kütuse muude elementidega, samal ajal kui hapnikugaas eksisteerib kahe omavahel ühendatud hapniku aatomina. Süsinik ja hapnik ei reageeri tavaliselt üksteisega, kuna olemasolevad molekulaarsidemed on liiga tugevad, et tavaliste molekulaarsete kokkupõrgetega neid purustada. Kui väline energia, näiteks tikust leek või säde, purustab osa sidemetest, reageerivad tekkinud hapniku- ja süsinikuaatomid energia vabastamiseks ja hoiavad tulekahju seni, kuni kütus otsa saab.
Teine näide on vesinik ja hapnik, mis moodustab plahvatusohtliku segu. Kui vesinik ja hapnik segatakse toatemperatuuril kokku, ei juhtu midagi. Nii vesinik kui ka gaasihapnik koosnevad molekulidest, mille kaks aatomit on omavahel seotud. Niipea kui osa neist sidemetest on purunenud, näiteks säde, põhjustab plahvatus. Säde annab vähestele molekulidele lisaenergiat, nii et nad liiguvad kiiremini ja põrkuvad kokku, purustades nende sidemed. Mõned hapniku- ja vesinikuaatomid moodustavad veemolekulid, vabastades suure hulga energiat. See energia kiirendab rohkem molekule, purustades rohkem sidemeid ja võimaldades rohkem aatomitel reageerida, mille tulemuseks on plahvatus.
Aktiveerimisenergia on kasulik mõiste keemiliste reaktsioonide käivitamisel ja kontrollimisel. Kui reaktsioon nõuab aktiveerimisenergiat, saab reaktante ohutult koos hoida ja vastav reaktsioon toimub alles siis, kui aktivatsioonienergia on väljastpoolt väljastatud allikas. Keemiliste reaktsioonide jaoks, mis ei vaja aktiveerimisenergiat, näiteks metalliline naatrium ja vesi reaktante tuleb hoolikalt hoida, et nad kogemata kokku ei puutuks ega põhjustaks kontrollimatut reaktsioon.