Medan vissa kemiska reaktioner börjar så snart reaktanterna kommer i kontakt, för många andra, kemikalier reagerar inte förrän de levereras med en extern energikälla som kan ge aktivering energi. Det finns flera anledningar till att reaktanter i närheten inte omedelbart kan delta i en kemisk reaktion, men det är viktigt att veta vilka typer av reaktioner som kräver en aktiveringsenergi, hur mycket energi som krävs och vilka reaktioner som fortsätter omedelbart. Först då kan kemiska reaktioner initieras och kontrolleras på ett säkert sätt.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Aktiveringsenergi är den energi som krävs för att starta en kemisk reaktion. Vissa reaktioner fortsätter omedelbart när reaktanterna samlas, men för många andra räcker det inte att placera reaktanterna i närheten. En extern energikälla för att leverera aktiveringsenergin krävs för att reaktionen ska fortsätta.
En definition av aktiveringsenergi
För att definiera aktiveringsenergi måste initieringen av kemiska reaktioner analyseras. Sådana reaktioner inträffar när molekyler byter elektron eller när joner med motsatta laddningar samlas. För att molekyler ska kunna utbyta elektroner måste bindningarna som håller elektronerna bundna till en molekyl brytas. För joner har de positivt laddade jonerna tappat en elektron. I båda fallen behövs energi för att bryta de initiala bindningarna.
En extern energikälla kan ge den energi som krävs för att lossa elektronerna i fråga och låta den kemiska reaktionen fortsätta. Aktiveringsenheter är enheter som kilojoules, kilokalorier eller kilowattimmar. När reaktionen väl är igång släpper den energi och är självförsörjande. Aktiveringsenergin krävs endast i början för att den kemiska reaktionen ska kunna börja.
Baserat på denna analys definieras aktiveringsenergi som den minsta energi som krävs för att starta en kemisk reaktion. När energi tillförs reaktanter från en extern källa, påskyndas molekylerna och kolliderar mer våldsamt. De våldsamma kollisionerna slår elektroner fritt, och de resulterande atomerna eller jonerna reagerar med varandra för att frigöra energi och hålla reaktionen igång.
Exempel på kemiska reaktioner som kräver aktiveringsenergi
Den vanligaste typen av reaktion som kräver aktiveringsenergi involverar många typer av brand eller förbränning. Dessa reaktioner kombinerar syre med ett material som innehåller kol. Kolet har befintliga molekylära bindningar med andra element i bränslet medan syrgas existerar som två syreatomer bundna samman. Kol och syre reagerar normalt inte med varandra eftersom de befintliga molekylära bindningarna är för starka för att brytas av vanliga molekylära kollisioner. När extern energi som en flamma från en tändsticka eller en gnista bryter några av bindningarna, reagerar de resulterande syre- och kolatomerna för att frigöra energi och hålla en eld igång tills den tar slut på bränsle.
Ett annat exempel är väte och syre som bildar en explosiv blandning. Om väte och syre blandas vid rumstemperatur händer ingenting. Både vätgas och syrgas består av molekyler med två atomer bundna ihop. Så snart några av dessa band bryts, till exempel av en gnista, resulterar en explosion. Gnistan ger några molekyler extra energi så att de rör sig snabbare och kolliderar och bryter sina bindningar. Vissa syre- och väteatomer kombineras för att bilda vattenmolekyler och frigör en stor mängd energi. Denna energi påskyndar fler molekyler, bryter fler bindningar och låter fler atomer reagera, vilket resulterar i explosionen.
Aktiveringsenergi är ett användbart koncept när det gäller att initiera och kontrollera kemiska reaktioner. Om en reaktion kräver aktiveringsenergi kan reaktanterna lagras tillsammans säkert, och motsvarande reaktion kommer inte att äga rum förrän aktiveringsenergin tillförs från en extern källa. För kemiska reaktioner som inte behöver en aktiveringsenergi, såsom metalliskt natrium och vatten, till exempel reaktanter måste förvaras noggrant så att de inte kommer i kontakt av misstag och orsakar okontrollerad reaktion.