Хоча деякі хімічні реакції починаються, як тільки реагенти контактують, для багатьох інших - хімічні речовини не реагують, поки не постачаються із зовнішнім джерелом енергії, яке може забезпечити активацію енергія. Є кілька причин, що реагенти в безпосередній близькості можуть не відразу вступити в хімічну реакцію, але це важливо знати, для яких типів реакцій потрібна енергія активації, скільки енергії потрібно і які реакції тривають негайно. Тільки тоді хімічні реакції можна ініціювати та контролювати безпечно.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Енергія активації - це енергія, необхідна для початку хімічної реакції. Деякі реакції протікають негайно, коли реагенти об’єднані, але для багатьох інших розташування реагентів у безпосередній близькості недостатньо. Зовнішнє джерело енергії, що забезпечує енергію активації, необхідне для протікання реакції.
Визначення енергії активації
Для визначення енергії активації необхідно проаналізувати ініціювання хімічних реакцій. Такі реакції відбуваються, коли молекули обмінюються електронами або коли іони з протилежними зарядами зближуються. Щоб молекули обмінювались електронами, зв’язки, що утримують електрони, прив’язані до молекули, повинні розірватися. Для іонів позитивно заряджені іони втратили електрон. В обох випадках енергія потрібна для розриву початкових зв’язків.
Зовнішнє джерело енергії може забезпечити енергію, необхідну для витіснення відповідних електронів, і дозволити хімічній реакції протікати. Одиниці енергії активації - це одиниці виміру, такі як кілоджоулі, кілокалорії або кіловат-години. Після того, як реакція протікає, вона виділяє енергію і є самоокупною. Енергія активації потрібна лише на початку, щоб хімічна реакція почалася.
На основі цього аналізу енергія активації визначається як мінімальна енергія, необхідна для початку хімічної реакції. Коли енергія подається до реагентів із зовнішнього джерела, молекули прискорюються і стикаються сильніше. Бурхливі зіткнення збивають електрони, і отримані атоми або іони реагують між собою, виділяючи енергію і підтримуючи реакцію.
Приклади хімічних реакцій, що вимагають енергії активації
Найбільш поширений тип реакції, що вимагає енергії активації, включає багато видів вогню або горіння. Ці реакції поєднують кисень з матеріалом, що містить вуглець. Вуглець має існуючі молекулярні зв’язки з іншими елементами палива, тоді як газ кисню існує як два атоми кисню, зв’язані між собою. Вуглець та кисень зазвичай не реагують один з одним, оскільки існуючі молекулярні зв’язки занадто міцні, щоб розриватися звичайними молекулярними зіткненнями. Коли зовнішня енергія, така як полум’я сірника чи іскри, розриває деякі зв’язки, утворюються в результаті атоми кисню та вуглецю реагують на виділення енергії та підтримують вогонь, поки в ньому не закінчиться паливо.
Інший приклад - водень і кисень, що утворюють вибухонебезпечну суміш. Якщо водень і кисень змішують разом при кімнатній температурі, нічого не відбувається. І водень, і газ кисню складаються з молекул з двома з’єднаними між собою атомами. Як тільки деякі з цих зв'язків розриваються, наприклад, іскрою, виникає вибух. Іскра надає кільком молекулам додаткову енергію, завдяки чому вони швидше рухаються і стикаються, розриваючи свої зв’язки. Деякі атоми кисню та водню об’єднуються, утворюючи молекули води, виділяючи велику кількість енергії. Ця енергія прискорює більше молекул, розриваючи більше зв’язків і дозволяючи реагувати більшій кількості атомів, що призводить до вибуху.
Енергія активації - корисне поняття, коли мова йде про ініціювання та контроль хімічних реакцій. Якщо для реакції потрібна енергія активації, реагенти можна безпечно зберігати разом відповідна реакція не відбуватиметься, поки енергія активації не буде подаватися із зовнішнього боку джерело. Для хімічних реакцій, які не потребують енергії активації, таких як металевий натрій і вода, наприклад Реактиви слід зберігати обережно, щоб вони випадково не контактували та не викликали неконтрольований реакція.