的化学活化的能量(从视图动力学研究的点)是指开始的化学反应所需的能量的量最少。根据化学动力学中的碰撞理论,所有运动的分子都具有一定的动能。
这意味着其运动速度越大,其动能的幅度就越大。从这个意义上讲,一个快速运动的分子本身不能被分为多个片段,因此在它与另一个分子之间必须发生碰撞才能发生化学反应。
当这种情况发生时-当分子之间发生碰撞时-它们的动能的一部分转化为振动能。同样,如果在过程开始时动能很高,则参与碰撞的分子将呈现出极大的振动,从而使存在的某些化学键断裂。
这种键断裂是将反应物转化为产物的第一步。也就是说,在形成这些。相反,如果在此过程开始时动能较小,则将出现分子“反弹”的现象,通过该现象,分子将实际上完整地分离。
它由什么组成?
从前述分子之间发生碰撞以引发化学反应的概念开始,可以说发生碰撞所需的能量最少。
因此,如果能量值小于此必要的最小值,则在碰撞发生后分子之间将不会发生任何变化,这意味着,当没有此能量时,所涉及的物质实际上将保持完整,并且不会发生。由于此崩溃而导致的任何更改。
按照这种思路,将分子之间发生碰撞后发生变化所需的最小能量称为活化能。
换句话说,碰撞所涉及的分子必须具有等于或大于发生化学反应的活化能的动能总量。
同样,在许多情况下,分子碰撞并产生一种称为活化复合物的新物种,该结构也被称为“过渡态”,因为它只是暂时存在。
它是由于碰撞和形成反应产物之前的反应物质引起的。
活化复合物
前述活化的络合物形成具有非常低的稳定性但又具有大的势能量的物质。
下图显示了以能量表示的反应物向产物的转化,并指出所形成的活化配合物的能量大小明显大于反应物和产物的能量大小。
如果在反应结束时产物比反应物具有更高的稳定性,则会发生热量形式的能量释放,从而发生放热反应。
相反,如果反应物产生的稳定性大于产物,则意味着反应混合物从周围环境中以热量形式吸收能量,从而导致吸热反应。
同样,如果发生一种情况或另一种情况,则必须构建类似于前面所示的图,在该图中绘制与反应的进行或反应相反的系统势能。
因此,获得了随着反应的进行和反应物转化为产物而发生的势能变化。
如何计算?
化学反应的活化能与所述反应的速率常数密切相关,该常数对温度的依赖性由阿伦尼乌斯方程表示:
k = Ae -Ea / RT
在该表达式中,k表示反应的速率常数(取决于温度),参数A称为频率因子,是分子之间碰撞频率的度量。
就e而言,它表示自然对数系列的底数。将其提高到等于激活常数(Ea)的负商与所考虑的系统的气体常数(R)和绝对温度(T)的乘积之间的幂。
应该注意的是,在某些反应系统中,在宽温度范围内,可以将频率因子视为一个常数。
这种数学表达式最初是由荷兰化学家Jacobus Henricus van't Hoff于1884年假设的,但是赋予其科学有效性并解释其前提的人是1889年的瑞典化学家Svante Arrhenius。
计算化学反应的活化能
Arrhenius方程指定了反应的速率常数与分子之间的碰撞频率之间存在的直接比例关系。
同样,可以通过将自然对数的属性应用于等式的每一边,以更方便的方式表示该等式,获得:
ln k = ln A-Ea / RT
当根据获得线的方程式(y = mx + b)重新排列术语时,将获得以下表达式:
ln k =(-Ea / R)(1 / T)+ ln A
因此,当构建ln k对1 / T的图时,会获得一条直线,其中ln k代表坐标,并且(-Ea / R)代表直线(m)的斜率,(1 / T)代表x坐标,ln A代表纵坐标轴(b)的截距。
可以看出,此计算得出的斜率等于–Ea / R的值。这意味着,如果要通过此表达式获得激活能的值,则必须执行简单的说明,结果是:
Ea = –mR
在这里我们知道m和R的值是等于8.314 J / K·mol的常数。
活化能如何影响反应速率?
当试图获得活化能的图像时,可以将其视为不允许低能分子之间发生反应的障碍。
就像在普通反应中一样,可以发生反应的分子数量非常多,速度-等效地,这些分子的动能-可以变化很大。
通常,碰巧发生碰撞的所有分子中只有一小部分(运动速度较大的分子)具有足够的动能,足以超过激活能的大小。因此,这些分子是适合的并且能够成为反应的一部分。
根据Arrhenius方程,在活化能与气体常数和绝对温度的乘积之间的商之前的负号表示随着活化能的增加,速率常数减小,以及温度升高时的增长。
活化能计算实例
为了通过构建图来计算活化能,根据Arrhenius方程,已经在五个不同温度下测量了乙醛的分解反应的速率常数,并且期望确定活化能。反应,表示为:
CH 3 CHO(g)→CH 4(g)+ CO(g)
五次测量的数据如下:
k(1 / M 1/2 s):0.011-0.035-0.105-0.343-0.789
吨(K):700-730-760-790-810
首先,要解决这个未知数并确定活化能,必须建立ln k vs 1 / T(y vs x)的图,以获得一条直线,然后从此处获取斜率并找到Ea的值,如所解释。
转换测量数据,根据Arrhenius方程,分别为y和x找到以下值:
ln k:(-4.51)-(-3.35)-(-2.254)-(-1.070)-(-0.237)
1 / T(K -1):1.43×10 -3 - 1.37×10 -3 - 1.32×10 -3 - 1.27×10 -3 - 1.23 * 10 -3
从这些值并通过斜率的数学计算-在计算机或计算器上,使用表达式m =(Y 2 -Y 1)/(X 2 -X 1)或使用线性回归方法-我们得到在于m = -Ea / R = -2.09×10 4 K.因此:
Ea =(8.314 J / K mol)(2.09 * 10 4 K)
= 1.74 * 10 5 = 1.74 * 10 2 kJ /摩尔
为了以图形方式确定其他活化能,执行类似的过程。
参考文献
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- Chang,R.(2007年)。化学,第9版。墨西哥:麦格劳-希尔。
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