Kaut arī dažas ķīmiskās reakcijas sākas, tiklīdz reaģenti nonāk saskarē, daudziem citiem - ķīmiskās vielas nespēj reaģēt, kamēr tās nav piegādātas ar ārēju enerģijas avotu, kas var nodrošināt aktivizēšanu enerģija. Ir vairāki iemesli, kāpēc tuvumā esošie reaģenti var nekavējoties neiesaistīties ķīmiskajā reakcijā, taču tas ir svarīgi zināt, kuriem reakciju veidiem nepieciešama aktivācijas enerģija, cik daudz enerģijas ir nepieciešams un kuras reakcijas turpinās nekavējoties. Tikai pēc tam ķīmiskās reakcijas var sākt un kontrolēt drošā veidā.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Aktivizācijas enerģija ir enerģija, kas nepieciešama, lai sāktu ķīmisko reakciju. Dažas reakcijas notiek uzreiz, kad reaģenti ir apvienoti, bet daudziem citiem nepietiek ar reaģentu ievietošanu tuvumā. Lai reakcija noritētu, ir nepieciešams ārējs enerģijas avots aktivācijas enerģijas piegādei.
Aktivizācijas enerģijas definīcija
Lai definētu aktivācijas enerģiju, ir jāanalizē ķīmisko reakciju ierosināšana. Šādas reakcijas notiek, kad molekulas apmainās ar elektroniem vai kad tiek apvienoti joni ar pretēju lādiņu. Lai molekulas apmainītos ar elektroniem, ir jāpārtrauc saites, kas elektronus notur pie molekulas. Attiecībā uz joniem pozitīvi lādētie joni ir zaudējuši elektronu. Abos gadījumos enerģija ir nepieciešama sākotnējo saišu pārraušanai.
Ārējs enerģijas avots var nodrošināt enerģiju, kas nepieciešama attiecīgo elektronu izspiešanai un ķīmiskajai reakcijai. Aktivizācijas enerģijas vienības ir tādas vienības kā kilodžouli, kilokalorijas vai kilovatstundas. Kad reakcija notiek, tā atbrīvo enerģiju un ir pašpietiekama. Aktivizācijas enerģija ir nepieciešama tikai sākumā, lai sāktu ķīmisko reakciju.
Pamatojoties uz šo analīzi, aktivācijas enerģija tiek definēta kā minimālā enerģija, kas nepieciešama ķīmiskās reakcijas sākšanai. Kad enerģija tiek piegādāta reaģentiem no ārēja avota, molekulas paātrinās un sadursmojas daudz spēcīgāk. Spēcīgas sadursmes atbrīvo elektronus, un radušies atomi vai joni reaģē viens ar otru, lai atbrīvotu enerģiju un noturētu reakciju.
Ķīmisko reakciju piemēri, kuriem nepieciešama aktivācijas enerģija
Visizplatītākais reakcijas veids, kam nepieciešama aktivācijas enerģija, ietver daudzu veidu uguni vai sadegšanu. Šīs reakcijas apvieno skābekli ar materiālu, kas satur oglekli. Ogleklim ir molekulu saites ar citiem degvielas elementiem, savukārt skābekļa gāze pastāv kā divi skābekļa atomi, kas savienoti kopā. Ogleklis un skābeklis parasti nereaģē savā starpā, jo esošās molekulārās saites ir pārāk spēcīgas, lai tās nojauktu parastās molekulārās sadursmēs. Kad ārējā enerģija, piemēram, sērkociņa liesma vai dzirkstele, pārtrauc dažas saites, radušies skābekļa un oglekļa atomi reaģē, atbrīvojot enerģiju un uzturot uguni, līdz tai beidzas degviela.
Cits piemērs ir ūdeņradis un skābeklis, kas veido sprādzienbīstamu maisījumu. Ja ūdeņradis un skābeklis tiek sajaukti kopā istabas temperatūrā, nekas nenotiek. Gan ūdeņradi, gan skābekļa gāzi veido molekulas ar diviem atomiem, kas savienoti kopā. Tiklīdz dažas no šīm saitēm ir salauztas, piemēram, ar dzirksteli, rodas sprādziens. Dzirksts dažām molekulām piešķir papildu enerģiju, lai tās ātrāk pārvietotos un sadurtos, pārraujot saites. Daži skābekļa un ūdeņraža atomi apvienojas, veidojot ūdens molekulas, atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu. Šī enerģija paātrina vairāk molekulu, pārtraucot vairāk saišu un ļaujot vairākiem atomiem reaģēt, kā rezultātā notiek eksplozija.
Aktivizācijas enerģija ir noderīgs jēdziens ķīmisko reakciju ierosināšanai un kontrolei. Ja reakcijai nepieciešama aktivācijas enerģija, reaģentus var droši uzglabāt kopā un atbilstoša reakcija nenotiks, kamēr aktivācijas enerģija netiks piegādāta no ārēja avots. Ķīmiskām reakcijām, kurām nav nepieciešama aktivācijas enerģija, piemēram, metāliskajam nātrijam un ūdenim reaģenti jāuzglabā uzmanīgi, lai tie nejauši nesaskartos un neradītu nekontrolētu reakcija.