Mentre alcune reazioni chimiche iniziano non appena i reagenti entrano in contatto, per molte altre, il le sostanze chimiche non reagiscono finché non vengono fornite con una fonte di energia esterna in grado di fornire l'attivazione energia. Ci sono diversi motivi per cui i reagenti nelle immediate vicinanze potrebbero non impegnarsi immediatamente in una reazione chimica, ma è importante sapere quali tipi di reazioni richiedono un'energia di attivazione, quanta energia è richiesta e quali reazioni procedono subito. Solo allora le reazioni chimiche possono essere avviate e controllate in modo sicuro.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
L'energia di attivazione è l'energia necessaria per avviare una reazione chimica. Alcune reazioni procedono immediatamente quando i reagenti vengono riuniti, ma per molte altre non è sufficiente posizionare i reagenti nelle immediate vicinanze. Affinché la reazione possa procedere è necessaria una fonte di energia esterna per fornire l'energia di attivazione.
Una definizione di energia di attivazione
Per definire l'energia di attivazione, è necessario analizzare l'inizio delle reazioni chimiche. Tali reazioni si verificano quando le molecole si scambiano elettroni o quando si uniscono ioni con cariche opposte. Affinché le molecole possano scambiare elettroni, i legami che tengono gli elettroni legati a una molecola devono essere rotti. Per gli ioni, gli ioni con carica positiva hanno perso un elettrone. In entrambi i casi è necessaria energia per rompere i legami iniziali.
Una fonte di energia esterna può fornire l'energia necessaria per rimuovere gli elettroni in questione e consentire il proseguimento della reazione chimica. Le unità di energia di attivazione sono unità come kilojoule, kilocalorie o kilowattora. Una volta che la reazione è in corso, rilascia energia ed è autosufficiente. L'energia di attivazione è necessaria solo all'inizio, per far partire la reazione chimica.
Sulla base di questa analisi, l'energia di attivazione è definita come l'energia minima richiesta per avviare una reazione chimica. Quando l'energia viene fornita ai reagenti da una fonte esterna, le molecole accelerano e si scontrano più violentemente. Le violente collisioni liberano gli elettroni e gli atomi o gli ioni risultanti reagiscono tra loro per rilasciare energia e mantenere viva la reazione.
Esempi di reazioni chimiche che richiedono energia di attivazione
Il tipo più comune di reazione che richiede energia di attivazione coinvolge molti tipi di fuoco o combustione. Queste reazioni combinano l'ossigeno con un materiale che contiene carbonio. Il carbonio ha legami molecolari esistenti con altri elementi nel carburante mentre il gas di ossigeno esiste come due atomi di ossigeno legati insieme. Il carbonio e l'ossigeno normalmente non reagiscono tra loro perché i legami molecolari esistenti sono troppo forti per essere rotti da normali collisioni molecolari. Quando l'energia esterna, come la fiamma di un fiammifero o una scintilla, rompe alcuni dei legami, l'ossigeno e gli atomi di carbonio che ne risultano reagiscono per rilasciare energia e mantenere acceso il fuoco finché non si esaurisce il carburante.
Un altro esempio è l'idrogeno e l'ossigeno che formano una miscela esplosiva. Se l'idrogeno e l'ossigeno si mescolano a temperatura ambiente, non succede nulla. Sia l'idrogeno che l'ossigeno sono costituiti da molecole con due atomi legati insieme. Non appena alcuni di questi legami vengono spezzati, ad esempio da una scintilla, si verifica un'esplosione. La scintilla fornisce ad alcune molecole energia extra in modo che si muovano più rapidamente e si scontrino, rompendo i loro legami. Alcuni atomi di ossigeno e idrogeno si combinano per formare molecole d'acqua, rilasciando una grande quantità di energia. Questa energia accelera più molecole, rompendo più legami e permettendo a più atomi di reagire, provocando l'esplosione.
L'energia di attivazione è un concetto utile quando si tratta di avviare e controllare le reazioni chimiche. Se una reazione richiede energia di attivazione, i reagenti possono essere immagazzinati insieme in modo sicuro e il la reazione corrispondente non avrà luogo fino a quando l'energia di attivazione non sarà fornita da un esterno fonte. Per le reazioni chimiche che non richiedono un'energia di attivazione, come il sodio metallico e l'acqua, ad esempio, il i reagenti devono essere conservati con cura in modo che non entrino in contatto accidentalmente e causino un'incontrollata reazione.