Podczas gdy niektóre reakcje chemiczne rozpoczynają się natychmiast po zetknięciu się reagentów, w przypadku wielu innych chemikalia nie reagują, dopóki nie zostaną dostarczone z zewnętrznym źródłem energii, które może zapewnić aktywację energia. Istnieje kilka powodów, dla których reagenty znajdujące się w bliskiej odległości mogą nie angażować się natychmiast w reakcję chemiczną, ale jest to ważne wiedzieć, jakie rodzaje reakcji wymagają energii aktywacji, ile energii jest wymagane i które reakcje przebiegają natychmiast. Tylko wtedy reakcje chemiczne mogą być inicjowane i kontrolowane w bezpieczny sposób.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Energia aktywacji to energia potrzebna do rozpoczęcia reakcji chemicznej. Niektóre reakcje zachodzą natychmiast po zebraniu reagentów, ale dla wielu innych umieszczenie reagentów w bliskiej odległości nie wystarcza. Do przebiegu reakcji wymagane jest zewnętrzne źródło energii dostarczające energię aktywacji.
Definicja energii aktywacji
Aby określić energię aktywacji, należy przeanalizować inicjację reakcji chemicznych. Takie reakcje zachodzą, gdy cząsteczki wymieniają elektrony lub gdy jony o przeciwnych ładunkach łączą się. Aby cząsteczki mogły wymieniać elektrony, wiązania, które utrzymują elektrony związane z cząsteczką, muszą zostać zerwane. W przypadku jonów jony naładowane dodatnio straciły elektron. W obu przypadkach do zerwania początkowych wiązań potrzebna jest energia.
Zewnętrzne źródło energii może dostarczyć energię wymaganą do usunięcia elektronów i umożliwić przebieg reakcji chemicznej. Jednostki energii aktywacji to jednostki takie jak kilodżule, kilokalorie lub kilowatogodziny. Gdy reakcja jest już w toku, uwalnia energię i jest samowystarczalna. Energia aktywacji jest potrzebna tylko na początku, aby umożliwić rozpoczęcie reakcji chemicznej.
Na podstawie tej analizy energia aktywacji jest definiowana jako minimalna energia wymagana do rozpoczęcia reakcji chemicznej. Kiedy energia jest dostarczana do reagentów z zewnętrznego źródła, cząsteczki przyspieszają i zderzają się gwałtowniej. Gwałtowne zderzenia wybijają elektrony, a powstałe atomy lub jony reagują ze sobą, uwalniając energię i podtrzymując reakcję.
Przykłady reakcji chemicznych wymagających energii aktywacji
Najczęstszym rodzajem reakcji wymagającej energii aktywacji jest wiele rodzajów ognia lub spalania. Reakcje te łączą tlen z materiałem zawierającym węgiel. Węgiel ma istniejące wiązania molekularne z innymi pierwiastkami w paliwie, podczas gdy gazowy tlen istnieje jako dwa połączone ze sobą atomy tlenu. Węgiel i tlen normalnie nie reagują ze sobą, ponieważ istniejące wiązania molekularne są zbyt silne, aby mogły zostać zerwane przez zwykłe zderzenia molekularne. Kiedy energia zewnętrzna, taka jak płomień z zapałki lub iskra, zrywa niektóre z wiązań, powstałe atomy tlenu i węgla reagują, uwalniając energię i podtrzymują ogień, dopóki nie zabraknie mu paliwa.
Innym przykładem jest wodór i tlen tworzące mieszankę wybuchową. Jeśli wodór i tlen zmieszają się razem w temperaturze pokojowej, nic się nie dzieje. Zarówno wodór, jak i tlen składają się z cząsteczek z dwoma połączonymi ze sobą atomami. Gdy tylko niektóre z tych wiązań zostaną zerwane, na przykład przez iskrę, następuje eksplozja. Iskra daje kilku cząsteczkom dodatkową energię, dzięki czemu poruszają się szybciej i zderzają się, rozrywając wiązania. Niektóre atomy tlenu i wodoru łączą się, tworząc cząsteczki wody, uwalniając dużą ilość energii. Ta energia przyspiesza więcej cząsteczek, rozrywając więcej wiązań i umożliwiając reakcję większej liczby atomów, co prowadzi do eksplozji.
Energia aktywacji jest użyteczną koncepcją, jeśli chodzi o inicjowanie i kontrolowanie reakcji chemicznych. Jeśli reakcja wymaga energii aktywacji, reagenty można bezpiecznie przechowywać razem, a odpowiednia reakcja nie nastąpi, dopóki energia aktywacji nie zostanie dostarczona z zewnętrznego from źródło. W przypadku reakcji chemicznych, które nie wymagają energii aktywacji, takich jak np. metaliczny sód i woda, reagenty muszą być przechowywane ostrożnie, aby nie zetknęły się przypadkowo i nie spowodowały niekontrolowanego reakcja.