Vaikka jotkut kemialliset reaktiot alkavat heti, kun reagoivat aineet ovat kosketuksissa, monien muiden kohdalla kemikaalit eivät reagoi ennen kuin ne toimitetaan ulkoisen energialähteen kanssa, joka voi saada aktivoinnin energiaa. Lähellä olevien reagenssien on useita syitä, jotka eivät välttämättä osallistu välittömästi kemialliseen reaktioon, mutta se on tärkeää tietää minkä tyyppiset reaktiot vaativat aktivointienergiaa, kuinka paljon energiaa tarvitaan ja mitkä reaktiot etenevät heti. Vasta sitten kemialliset reaktiot voidaan aloittaa ja hallita turvallisella tavalla.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Aktivointienergia on energia, joka tarvitaan kemiallisen reaktion käynnistämiseen. Jotkut reaktiot etenevät välittömästi, kun reagoivat aineet kootaan yhteen, mutta monille muille reaktanttien sijoittaminen lähelle ei riitä. Reaktion etenemiseen tarvitaan ulkoinen energialähde aktivointienergian syöttämiseksi.
Aktivointienergian määritelmä
Aktivointienergian määrittelemiseksi on analysoitava kemiallisten reaktioiden alkamista. Tällaiset reaktiot tapahtuvat, kun molekyylit vaihtavat elektroneja tai kun vastakkaisten varausten ionit kootaan yhteen. Jotta molekyylit voisivat vaihtaa elektroneja, sidokset, jotka pitävät elektronit sidoksissa molekyyliin, on katkaistava. Ioneille positiivisesti varautuneet ionit ovat menettäneet elektronin. Molemmissa tapauksissa energiaa tarvitaan alkusidosten rikkomiseksi.
Ulkoinen energialähde voi tuottaa energian, jota tarvitaan kyseisten elektronien irtoamiseen ja kemiallisen reaktion etenemiseen. Aktivointienergiayksiköt ovat yksiköitä, kuten kilojoulia, kilokaloreita tai kilowattitunteja. Kun reaktio on käynnissä, se vapauttaa energiaa ja on itsensä ylläpitävä. Aktivointienergiaa tarvitaan vasta alussa, jotta kemiallinen reaktio voi alkaa.
Tämän analyysin perusteella aktivointienergia määritellään vähimmäisenergiaksi, joka tarvitaan kemiallisen reaktion käynnistämiseen. Kun energia syötetään reagoiville aineille ulkoisesta lähteestä, molekyylit nopeutuvat ja törmäävät voimakkaammin. Väkivaltaiset törmäykset vapauttavat elektronit, ja saadut atomit tai ionit reagoivat toistensa kanssa vapauttaakseen energiaa ja pitääkseen reaktion käynnissä.
Esimerkkejä aktivointienergiaa vaativista kemiallisista reaktioista
Yleisin aktivointienergiaa vaativa reaktiotyyppi sisältää monenlaista tulta tai palamista. Nämä reaktiot yhdistävät happea materiaaliin, joka sisältää hiiltä. Hiilellä on olemassa molekyylisidoksia polttoaineen muiden alkuaineiden kanssa, kun taas happikaasu esiintyy kahtena happiatomina, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa. Hiili ja happi eivät normaalisti reagoi keskenään, koska olemassa olevat molekyylisidokset ovat liian vahvoja, jotta tavalliset molekyylitörmäykset eivät hajoa niitä. Kun ulkoinen energia, kuten tulitikun liekki tai kipinä, rikkoo osan sidoksista, syntyneet happi- ja hiiliatomit reagoivat vapauttamaan energiaa ja pitävät tulta käynnissä, kunnes polttoaine loppuu.
Toinen esimerkki on vety ja happi, jotka muodostavat räjähtävän seoksen. Jos vety ja happi sekoitetaan keskenään huoneenlämpötilassa, mitään ei tapahdu. Sekä vety että happikaasu koostuvat molekyyleistä, joissa on kaksi toisiinsa sitoutunutta atomia. Heti kun jotkut näistä sidoksista rikkoutuvat, esimerkiksi kipinä, seurauksena on räjähdys. Kipinä antaa muutamalle molekyylille ylimääräistä energiaa, jotta ne liikkuvat nopeammin ja törmäävät murtamalla sidoksensa. Jotkut happi- ja vetyatomit muodostavat yhdessä vesimolekyylit, mikä vapauttaa suuren määrän energiaa. Tämä energia nopeuttaa useampia molekyylejä, rikkoo enemmän sidoksia ja antaa useampien atomien reagoida, mikä johtaa räjähdykseen.
Aktivointienergia on hyödyllinen käsite kemiallisten reaktioiden käynnistämisessä ja hallitsemisessa. Jos reaktio vaatii aktivointienergiaa, reagoivat aineet voidaan varastoida yhdessä turvallisesti ja vastaava reaktio tapahtuu vasta, kun aktivointienergia syötetään ulkoisesta lähde. Kemiallisissa reaktioissa, jotka eivät tarvitse aktivointienergiaa, kuten esimerkiksi metallinen natrium ja vesi reagenssit on varastoitava huolellisesti, jotta ne eivät pääse vahingossa kosketuksiin ja aiheuttamaan hallitsemattomia reaktio.