Kai kurios cheminės reakcijos prasideda iškart, kai reagentai susiliečia, daugeliui kitų cheminės medžiagos nereaguoja tol, kol nepateikiamos išorinio energijos šaltinio, galinčio suaktyvinti energijos. Yra keletas priežasčių, dėl kurių reagentai, esantys arti, gali nedelsdami nevykdyti cheminės reakcijos, tačiau tai yra svarbu žinoti, kokio tipo reakcijoms reikia aktyvinimo energijos, kiek energijos reikia ir kurios reakcijos vyksta nedelsiant. Tik tada chemines reakcijas galima pradėti ir kontroliuoti saugiai.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Aktyvinimo energija yra energija, reikalinga pradėti cheminę reakciją. Kai kurios reakcijos vyksta iškart, kai reagentai yra sujungti, tačiau daugeliui kitų nepakanka, kad reagentai būtų arti. Norint, kad reakcija vyktų, reikalingas išorinis energijos šaltinis, suteikiantis aktyvacijos energiją.
Aktyvinimo energijos apibrėžimas
Norint apibrėžti aktyvacijos energiją, reikia išanalizuoti cheminių reakcijų inicijavimą. Tokios reakcijos įvyksta molekulėms keičiantis elektronais arba sujungus priešingų krūvių jonus. Kad molekulės galėtų keistis elektronais, turi nutrūkti jungtys, kurios palaiko elektronus susietus su molekule. Kalbant apie jonus, teigiamai įkrauti jonai prarado elektroną. Abiem atvejais energija reikalinga pradiniams ryšiams nutraukti.
Išorinis energijos šaltinis gali suteikti energijos, reikalingos išstumti elektronus ir leisti vykti cheminei reakcijai. Aktyvinimo energijos vienetai yra tokie vienetai kaip kilodžauliai, kilokalorijos ar kilovatvalandės. Vykstant reakcijai, ji išskiria energiją ir yra savaime išlaikoma. Aktyvinimo energija reikalinga tik pradžioje, kad prasidėtų cheminė reakcija.
Remiantis šia analize, aktyvacijos energija apibrėžiama kaip minimali energija, reikalinga cheminei reakcijai pradėti. Kai energija tiekiama reagentams iš išorinio šaltinio, molekulės pagreitėja ir smarkiau susiduria. Smarkūs susidūrimai išlaisvina elektronus, o susidarę atomai ar jonai reaguoja vienas su kitu, kad išsiskirtų energija ir išlaikytų reakciją.
Cheminių reakcijų, reikalaujančių aktyvavimo energijos, pavyzdžiai
Labiausiai paplitusi reakcijos rūšis, kuriai reikalinga aktyvavimo energija, apima daugybę rūšių gaisro ar degimo. Šios reakcijos sujungia deguonį su medžiaga, kurioje yra anglies. Anglis turi esamas molekulines jungtis su kitais kuro elementais, o deguonies dujos egzistuoja kaip du deguonies atomai, surišti kartu. Anglis ir deguonis paprastai nereaguoja tarpusavyje, nes esamos molekulinės jungtys yra per stiprios, kad jas suardytų įprasti molekuliniai susidūrimai. Kai išorinė energija, tokia kaip degtuko liepsna ar kibirkštis, nutraukia kai kuriuos ryšius, susidarę deguonies ir anglies atomai reaguoja išskirdami energiją ir palaiko ugnį, kol baigsis kuras.
Kitas pavyzdys yra vandenilis ir deguonis, sudarantys sprogų mišinį. Jei vandenilis ir deguonis sumaišomi kartu kambario temperatūroje, nieko neįvyks. Tiek vandenilį, tiek deguonies dujas sudaro molekulės, kurių du atomai yra surišti. Kai tik dalis šių ryšių nutrūksta, pavyzdžiui, kibirkštis, įvyksta sprogimas. Kibirkštis suteikia kelioms molekulėms papildomos energijos, todėl jos greičiau juda ir susiduria, sulaužydamos savo ryšius. Kai kurie deguonies ir vandenilio atomai susijungia, kad susidarytų vandens molekulės, išskirdamos daug energijos. Ši energija pagreitina daugiau molekulių, nutraukia daugiau ryšių ir leidžia reaguoti daugiau atomų, o tai sukelia sprogimą.
Aktyvinimo energija yra naudinga sąvoka, kai reikia inicijuoti ir kontroliuoti chemines reakcijas. Jei reakcijai reikalinga aktyvavimo energija, reagentus galima saugiai laikyti kartu ir atitinkama reakcija nevyks, kol aktyvavimo energija nebus tiekiama iš išorės šaltinis. Cheminėms reakcijoms, kurioms nereikia aktyvinimo energijos, pavyzdžiui, metalo natrio ir vandens, pvz reagentai turi būti atsargiai laikomi, kad jie netyčia nesiliestų ir nekontroliuojami reakcija.