كيفية حساب طاقة التنشيط

طاقة التنشيط هي كمية الطاقة التي يجب توفيرها حتى يستمر التفاعل الكيميائي. توضح مشكلة المثال أدناه كيفية تحديد طاقة تنشيط رد فعل من ثوابت معدل التفاعل في درجات حرارة مختلفة.

وقد لوحظ رد فعل من الدرجة الثانية. ال معدل التفاعل ثابت عند ثلاث درجات مئوية تم العثور على 8.9 × 10^-3 لتر / مول و 7.1 × 10^-2 لتر / مول عند 35 درجة مئوية. ما هي طاقة تنشيط هذا التفاعل؟

ال طاقة التفعيل يمكن تحديده باستخدام المعادلة:
ln (ك₂/ك₁) = هـ_أ/ R x (1 / T₁ - 1 / ت₂)
أين
هـ_أ = طاقة تنشيط التفاعل في J / mol
R = ثابت الغاز المثالي = 8.3145 J / K · mol
ت₁ و ت₂ = درجات الحرارة المطلقة (في كلفن)
ك₁ و ك₂ = ثوابت معدل التفاعل عند T₁ و ت₂

الخطوة 1: تحويل درجات الحرارة من درجات مئوية إلى كلفن
T = درجات مئوية + 273.15
ت₁ = 3 + 273.15
ت₁ = 276.15 كلفن
ت₂ = 35 + 273.15
ت₂ = 308.15 كلفن

الخطوة 2 - ابحث عن E_أ
ln (ك₂/ك₁) = هـ_أ/ R x (1 / T₁ - 1 / ت₂)
الطول (7.1 × 10)^-2/8.9 × 10^-3) = هـ_أ/8.3145 جول / ك · مول × (1 / 276.15 كلفن - 1 / 308.15 كلفن)
ln (7.98) = هـ_أ/8.3145 جول / ك · مول × 3.76 × 10^-4 ك^-1
2.077 = هـ_أ(4.52 × 10

إجابة: طاقة التنشيط لهذا التفاعل هي 4.59 × 10⁴ J / mol أو 45.9 kJ / mol.

طريقة أخرى لحساب طاقة التنشيط للتفاعل هي الرسم البياني ln k (ثابت المعدل) مقابل 1 / T (معكوس درجة الحرارة في Kelvin). ستشكل المؤامرة خطًا مستقيمًا يعبر عنه بالمعادلة:

م = - هـ_أ/ ص

حيث m هو ميل الخط ، Ea هي طاقة التنشيط ، و R هو ثابت الغاز المثالي 8.314 J / mol-K. إذا كنت قد أخذت قياسات درجة الحرارة بالدرجة المئوية أو فهرنهايت ، فتذكر تحويلها إلى كلفن قبل حساب 1 / ت ورسم الرسم البياني.

إذا كنت ستقوم بعمل مخطط لطاقة التفاعل مقابل إحداثيات التفاعل ، فإن الفرق بين طاقة المتفاعلات والمنتجات ستكون ΔH ، في حين أن الطاقة الزائدة (جزء المنحنى أعلى من تلك المنتجات) ستكون التنشيط الطاقة.

ضع في اعتبارك أنه بينما تزيد معظم معدلات التفاعل مع درجة الحرارة ، هناك بعض الحالات التي ينخفض ​​فيها معدل التفاعل مع درجة الحرارة. هذه التفاعلات لها طاقة تنشيط سلبية. لذلك ، بينما يجب أن تتوقع أن تكون طاقة التنشيط رقمًا موجبًا ، فكن على دراية بأنه من الممكن أن تكون سلبية أيضًا.

عالم سويدي Svante Arrhenius اقترح مصطلح "طاقة التنشيط" في عام 1880 لتحديد الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لمجموعة من المواد المتفاعلة الكيميائية للتفاعل وتشكيل المنتجات. في الرسم التخطيطي ، يتم رسم طاقة التنشيط كارتفاع حاجز الطاقة بين نقطتين كحد أدنى للطاقة الكامنة. النقاط الدنيا هي طاقات المتفاعلات والمنتجات المستقرة.

حتى التفاعلات الطاردة للحرارة ، مثل حرق شمعة ، تتطلب إدخال طاقة. في حالة الاحتراق ، تبدأ المباراة المضاءة أو الحرارة الشديدة في التفاعل. من هناك ، الحرارة الناتجة عن التفاعل تزود الطاقة لجعلها مكتفية ذاتيا.