พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานาฬิกาไอโอดีน

นักเรียนเคมีระดับไฮสคูลและวิทยาลัยขั้นสูงหลายคนทำการทดลองที่เรียกว่าปฏิกิริยา "นาฬิกาไอโอดีน" ซึ่งไฮโดรเจน เปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับไอโอไดด์เพื่อสร้างไอโอดีน และต่อมาไอโอดีนทำปฏิกิริยากับไทโอซัลเฟตไอออนจนกระทั่งมีไทโอซัลเฟต บริโภค เมื่อถึงจุดนั้น สารละลายปฏิกิริยาจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเมื่อมีแป้ง การทดลองนี้ช่วยให้นักเรียนเข้าใจพื้นฐานของจลนพลศาสตร์ทางเคมี — ความเร็วที่เกิดปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาเคมีจะ "ดี" ทางอุณหพลศาสตร์ หากพลังงานโดยรวมของผลิตภัณฑ์ต่ำกว่าพลังงานโดยรวมของสารตั้งต้น อย่างไรก็ตาม การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ต้องอาศัยการแตกของพันธะในสารตั้งต้นก่อน และพลังงานที่จำเป็นในการแตกตัวเป็นอุปสรรคด้านพลังงานที่เรียกว่า "พลังงานกระตุ้น" หรือ Ea

การหาค่าพลังงานกระตุ้นต้องใช้ข้อมูลจลนศาสตร์ กล่าวคือ ค่าคงที่อัตรา k ของปฏิกิริยาที่กำหนดที่อุณหภูมิต่างๆ จากนั้นนักเรียนจะสร้างกราฟของ ln k บนแกน y และ 1/T บนแกน x โดยที่ T คืออุณหภูมิในหน่วยเคลวิน จุดข้อมูลควรอยู่บนเส้นตรง ซึ่งมีความชันเท่ากับ (-Ea/R) โดยที่ R คือค่าคงที่แก๊สในอุดมคติ

พล็อตของ (ln k) กับ (1/T) สำหรับปฏิกิริยานาฬิกาไอโอดีนควรเปิดเผยความชันประมาณ -6230 ดังนั้น (-Ea/R) = -6230 การใช้ค่าคงที่ก๊าซในอุดมคติของ R = 8.314 J/K.mol จะให้ Ea = 6800 * 8.314 = 51,800 J/mol หรือ 51.8 kJ/mol