În timp ce unele reacții chimice încep imediat ce reactanții intră în contact, pentru mulți alții, substanțele chimice nu reacționează până când nu sunt furnizate cu o sursă de energie externă care poate asigura activarea energie. Există mai multe motive pentru care reactanții din imediata apropiere pot să nu se angajeze imediat într-o reacție chimică, dar este important să știți ce tipuri de reacții necesită o energie de activare, câtă energie este necesară și ce reacții au loc imediat. Doar atunci pot fi inițiate și controlate reacții chimice într-un mod sigur.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Energia de activare este energia necesară pentru declanșarea unei reacții chimice. Unele reacții au loc imediat când reactanții sunt adunați împreună, dar pentru mulți alții, plasarea reactanților în imediata apropiere nu este suficientă. Este necesară o sursă de energie externă pentru a furniza energia de activare pentru ca reacția să continue.
O definiție a energiei de activare
Pentru a defini energia de activare, trebuie analizată inițierea reacțiilor chimice. Astfel de reacții apar atunci când moleculele fac schimb de electroni sau când ioni cu sarcini opuse sunt reunite. Pentru ca moleculele să facă schimb de electroni, legăturile care țin electronii legați de o moleculă trebuie rupte. Pentru ioni, ionii încărcați pozitiv au pierdut un electron. În ambele cazuri, energia este necesară pentru a rupe legăturile inițiale.
O sursă de energie externă poate furniza energia necesară pentru a disloca electronii în cauză și permite reacția chimică să continue. Unitățile de energie de activare sunt unități precum kilojoule, kilocalorii sau kilowați-oră. Odată ce reacția este în curs, eliberează energie și se autosusține. Energia de activare este necesară doar la început, pentru a lăsa să înceapă reacția chimică.
Pe baza acestei analize, energia de activare este definită ca energia minimă necesară pentru declanșarea unei reacții chimice. Când energia este furnizată reactanților dintr-o sursă externă, moleculele accelerează și se ciocnesc mai violent. Coliziunile violente elimină electronii, iar atomii sau ionii rezultați reacționează între ei pentru a elibera energie și a menține reacția.
Exemple de reacții chimice care necesită energie de activare
Cel mai frecvent tip de reacție care necesită energie de activare implică multe tipuri de foc sau combustie. Aceste reacții combină oxigenul cu un material care conține carbon. Carbonul are legături moleculare existente cu alte elemente din combustibil, în timp ce oxigenul gazos există ca doi atomi de oxigen legați împreună. Carbonul și oxigenul nu reacționează în mod normal între ele, deoarece legăturile moleculare existente sunt prea puternice pentru a fi rupte de coliziuni moleculare obișnuite. Atunci când energia externă, cum ar fi o flacără dintr-un chibrit sau o scânteie, sparge unele legături, atomii de oxigen și carbon rezultați reacționează pentru a elibera energie și mențin un foc până când acesta rămâne fără combustibil.
Un alt exemplu este hidrogenul și oxigenul care formează un amestec exploziv. Dacă hidrogenul și oxigenul sunt amestecați la temperatura camerei, nu se întâmplă nimic. Atât hidrogenul, cât și oxigenul gazos sunt alcătuite din molecule cu doi atomi legați împreună. De îndată ce unele dintre aceste legături sunt rupte, de exemplu printr-o scânteie, rezultă o explozie. Scânteia oferă câteva molecule de energie suplimentară, astfel încât acestea se mișcă mai repede și se ciocnesc, rupându-și legăturile. Unii atomi de oxigen și hidrogen se combină pentru a forma molecule de apă, eliberând o cantitate mare de energie. Această energie accelerează mai multe molecule, rupând mai multe legături și permițând mai multor atomi să reacționeze, rezultând explozia.
Energia de activare este un concept util atunci când vine vorba de inițierea și controlul reacțiilor chimice. Dacă o reacție necesită energie de activare, reactanții pot fi depozitați împreună în siguranță și reacția corespunzătoare nu va avea loc până când energia de activare nu este furnizată de la un extern sursă. Pentru reacțiile chimice care nu necesită o energie de activare, cum ar fi sodiu metalic și apă, de exemplu, reactanții trebuie depozitați cu atenție, astfel încât să nu intre în contact accidental și să provoace un control necontrolat reacţie.