Zatiaľ čo niektoré chemické reakcie začínajú hneď po kontakte reaktantov, pre mnohé ďalšie, chemikálie nereagujú, kým nedostanú externý zdroj energie, ktorý môže zabezpečiť aktiváciu energie. Existuje niekoľko dôvodov, prečo sa reaktanty v tesnej blízkosti nemusia okamžite zapojiť do chemickej reakcie, ale je to dôležité vedieť, ktoré typy reakcií vyžadujú aktivačnú energiu, koľko energie je potrebné a ktoré reakcie prebiehajú okamžite. Iba potom je možné bezpečne zahájiť a riadiť chemické reakcie.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Aktivačná energia je energia potrebná na spustenie chemickej reakcie. Niektoré reakcie prebiehajú okamžite, keď sa reaktanty spoja, ale pre mnohých ďalších nestačí umiestnenie reaktantov v tesnej blízkosti. Pre pokračovanie reakcie je potrebný externý zdroj energie na dodanie aktivačnej energie.
Definícia aktivačnej energie
Na definovanie aktivačnej energie je potrebné analyzovať iniciáciu chemických reakcií. Takéto reakcie nastávajú, keď si molekuly vymieňajú elektróny alebo keď sa ióny spájajú s opačnými nábojmi. Aby si molekuly mohli vymeniť elektróny, musia sa prerušiť väzby, ktoré udržujú elektróny naviazané na molekulu. Pre ióny stratili kladne nabité ióny elektrón. V obidvoch prípadoch je na rozbitie počiatočných väzieb potrebná energia.
Externý zdroj energie môže poskytnúť energiu potrebnú na vytesnenie príslušných elektrónov a umožniť tak chemickú reakciu. Jednotkami aktivačnej energie sú jednotky ako kilojouly, kilokalórie alebo kilowatthodiny. Akonáhle reakcia prebehne, uvoľní energiu a je sebestačná. Aktivačná energia je potrebná iba na začiatku, aby mohla chemická reakcia začať.
Na základe tejto analýzy je aktivačná energia definovaná ako minimálna energia potrebná na spustenie chemickej reakcie. Keď sa energia dodáva reaktantom z vonkajšieho zdroja, molekuly sa zrýchľujú a zrážajú sa prudšie. Prudké kolízie odbúravajú elektróny a výsledné atómy alebo ióny navzájom reagujú, aby uvoľnili energiu a udržali reakciu v chode.
Príklady chemických reakcií vyžadujúcich aktivačnú energiu
Najbežnejší typ reakcie vyžadujúcej aktivačnú energiu zahŕňa mnoho druhov ohňa alebo spaľovania. Tieto reakcie kombinujú kyslík s materiálom, ktorý obsahuje uhlík. Uhlík má existujúce molekulárne väzby s ostatnými prvkami v palive, zatiaľ čo plynný kyslík existuje ako dva atómy kyslíka spojené dohromady. Uhlík a kyslík za normálnych okolností navzájom nereagujú, pretože existujúce molekulárne väzby sú príliš silné na to, aby sa rozbili bežnými molekulárnymi zrážkami. Keď vonkajšia energia, ako je plameň zo zápalky alebo iskra, rozbije niektoré väzby, výsledné atómy kyslíka a uhlíka reagujú, aby uvoľnili energiu a udržali oheň v chode, kým mu nedôjde palivo.
Ďalším príkladom je vodík a kyslík, ktoré tvoria výbušnú zmes. Ak sa vodík a kyslík zmiešajú pri izbovej teplote, nič sa nedeje. Vodík aj plynný kyslík sú tvorené molekulami s dvoma atómami spojenými dohromady. Len čo sa niektoré z týchto väzieb pretrhnú, napríklad iskrou, dôjde k výbuchu. Iskra dodáva niekoľkým molekulám energiu navyše, takže sa pohybujú rýchlejšie a zrážajú sa, čím narušia svoje väzby. Niektoré atómy kyslíka a vodíka sa spoja a vytvoria molekuly vody, pričom uvoľnia veľké množstvo energie. Táto energia urýchľuje viac molekúl, rozbíja viac väzieb a umožňuje viacerým atómom reagovať, čo vedie k výbuchu.
Aktivačná energia je užitočný koncept, pokiaľ ide o iniciovanie a riadenie chemických reakcií. Ak reakcia vyžaduje aktivačnú energiu, môžu sa reaktanty bezpečne uložiť spoločne a zodpovedajúca reakcia neprebehne, kým nie je aktivačná energia dodaná z externého zdroja zdroj. Pre chemické reakcie, ktoré nepotrebujú aktivačnú energiu, ako je napríklad kovový sodík a voda, napr reaktanty sa musia skladovať opatrne, aby neprišli náhodne do kontaktu a nespôsobili nekontrolované reakcia.