Terwijl sommige chemische reacties beginnen zodra de reactanten in contact komen, is voor vele anderen de others chemicaliën reageren niet totdat ze worden geleverd met een externe energiebron die voor de activering kan zorgen energie. Er zijn verschillende redenen waarom reactanten in de buurt niet onmiddellijk een chemische reactie aangaan, maar het is belangrijk: om te weten welke soorten reacties een activeringsenergie nodig hebben, hoeveel energie nodig is en welke reacties verlopen direct. Alleen dan kunnen chemische reacties op een veilige manier worden gestart en gecontroleerd.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Activeringsenergie is de energie die nodig is om een chemische reactie te starten. Sommige reacties gaan onmiddellijk door wanneer de reactanten bij elkaar worden gebracht, maar voor vele anderen is het niet voldoende om de reactanten dicht bij elkaar te plaatsen. Er is een externe energiebron nodig om de activeringsenergie te leveren om de reactie te laten verlopen.
Een activeringsenergiedefinitie
Om activeringsenergie te definiëren, moet de initiatie van chemische reacties worden geanalyseerd. Dergelijke reacties treden op wanneer moleculen elektronen uitwisselen of wanneer ionen met tegengestelde ladingen bij elkaar worden gebracht. Om ervoor te zorgen dat moleculen elektronen kunnen uitwisselen, moeten de bindingen die de elektronen aan een molecuul binden, worden verbroken. Voor ionen hebben de positief geladen ionen een elektron verloren. In beide gevallen is energie nodig om de initiële bindingen te verbreken.
Een externe energiebron kan de energie leveren die nodig is om de betreffende elektronen los te maken en de chemische reactie te laten verlopen. Activeringsenergie-eenheden zijn eenheden zoals kilojoules, kilocalorieën of kilowattuur. Als de reactie eenmaal aan de gang is, komt er energie vrij en is het zelfvoorzienend. De activeringsenergie is alleen in het begin nodig om de chemische reactie te laten beginnen.
Op basis van deze analyse wordt activeringsenergie gedefinieerd als de minimale energie die nodig is om een chemische reactie te starten. Wanneer energie wordt geleverd aan reactanten van een externe bron, versnellen de moleculen en botsen ze heftiger. De gewelddadige botsingen slaan elektronen vrij en de resulterende atomen of ionen reageren met elkaar om energie vrij te maken en de reactie gaande te houden.
Voorbeelden van chemische reacties die activeringsenergie vereisen
Het meest voorkomende type reactie dat activeringsenergie vereist, omvat vele soorten vuur of verbranding. Deze reacties combineren zuurstof met een materiaal dat koolstof bevat. De koolstof heeft bestaande moleculaire bindingen met andere elementen in de brandstof, terwijl zuurstofgas bestaat als twee zuurstofatomen die aan elkaar zijn gebonden. De koolstof en zuurstof reageren normaal niet met elkaar omdat de bestaande moleculaire bindingen te sterk zijn om te worden verbroken door gewone moleculaire botsingen. Wanneer externe energie, zoals een vlam van een lucifer of een vonk, enkele bindingen verbreekt, reageren de resulterende zuurstof- en koolstofatomen om energie vrij te maken en een vuur aan de gang te houden totdat de brandstof opraakt.
Een ander voorbeeld is waterstof en zuurstof die een explosief mengsel vormen. Als waterstof en zuurstof bij kamertemperatuur worden gemengd, gebeurt er niets. Zowel waterstof als zuurstofgas zijn opgebouwd uit moleculen met twee atomen aan elkaar gebonden. Zodra sommige van deze bindingen worden verbroken, bijvoorbeeld door een vonk, ontstaat er een explosie. De vonk geeft een paar moleculen extra energie, zodat ze sneller bewegen en botsen, waardoor hun bindingen worden verbroken. Sommige zuurstof- en waterstofatomen vormen samen watermoleculen, waarbij een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Deze energie versnelt meer moleculen, verbreekt meer bindingen en laat meer atomen reageren, wat resulteert in de explosie.
Activeringsenergie is een nuttig concept als het gaat om het initiëren en beheersen van chemische reacties. Als een reactie activeringsenergie vereist, kunnen de reactanten veilig bij elkaar worden opgeslagen, en de overeenkomstige reactie zal niet plaatsvinden totdat de activeringsenergie wordt geleverd door een externe bron. Voor chemische reacties die geen activeringsenergie nodig hebben, zoals bijvoorbeeld metallisch natrium en water, is de reactanten moeten zorgvuldig worden bewaard, zodat ze niet per ongeluk in contact komen en een ongecontroleerde reactie.