Attivazione chimica Energia In cosa consiste, calcolo

ilenergia di attivazione chimica (dal punto di vista degli studi cinetici) si riferisce alla minor quantità possibile di energia necessaria per avviare una reazione chimica. Secondo la teoria delle collisioni nella cinetica chimica, si dice che tutte le molecole in movimento hanno una certa quantità di energia cinetica.

Ciò significa che maggiore è la velocità del tuo movimento, maggiore è la grandezza della tua energia cinetica. In questo senso, una molecola che trasporta un movimento rapido non può essere divisa in frammenti da sola, in modo che tra questa e una molecola possa verificarsi una collisione in modo che possa verificarsi una reazione chimica.

Quando ciò accade, quando si verifica una collisione tra le molecole, una frazione della sua energia cinetica viene trasformata in energia vibratoria. Allo stesso modo, se all'inizio del processo l'energia cinetica è alta, le molecole che partecipano alla collisione presenteranno una vibrazione così grande che alcuni dei legami chimici presenti saranno spezzati.

Questa rottura dei collegamenti è il primo passo nella trasformazione dei reagenti in prodotti; cioè, nella formazione di questi. Al contrario, se all'inizio di questo processo l'energia cinetica è di piccola magnitudine, ci sarà un fenomeno di "rimbalzo" delle molecole, attraverso il quale si separeranno praticamente intatte.

indice

• 1 Che cos'è?
  • 1.1 Complesso attivato
• 2 Come viene calcolato?
  • 2.1 Calcolo dell'energia di attivazione di una reazione chimica
• 3 In che modo l'energia di attivazione influenza la velocità di una reazione?
• 4 Esempi di calcolo dell'energia di attivazione
• 5 riferimenti

Cos'è?

Partendo dal concetto di collisioni tra molecole per avviare le reazioni chimiche descritte in precedenza, si può affermare che vi è una quantità minima di energia richiesta per il verificarsi di una collisione.

Quindi, se il valore dell'energia è inferiore a questo minimo necessario, non ci sarà semplicemente alcuna alterazione tra le molecole dopo la collisione, il che significa che quando questa energia è assente, le specie coinvolte rimangono virtualmente intatte e non accadrà Nessun cambiamento a causa di questo shock.

In questo ordine di idee, l'energia minima necessaria per il cambiamento dopo una collisione tra le molecole è chiamata energia di attivazione.

In altre parole, le molecole coinvolte in uno shock devono avere una quantità di energia cinetica totale con un'ampiezza uguale o maggiore dell'energia di attivazione in modo che possa verificarsi una reazione chimica.

Inoltre, in molti casi le molecole si scontrano e originano una nuova specie chiamata complesso attivato, struttura che viene anche chiamata "stato di transizione" perché esiste solo temporaneamente.

È causato dalle specie reagenti a causa della collisione e prima della formazione dei prodotti della reazione.

Complesso attivato

Il complesso attivato sopra menzionato forma una specie che possiede una stabilità molto bassa ma che, a sua volta, possiede una grande quantità di energia potenziale.

Il diagramma seguente mostra la trasformazione dei reagenti nei prodotti, espressa in termini di energia e osservando che la grandezza dell'energia del complesso attivato che si forma è considerevolmente maggiore di quella dei reagenti e dei prodotti.

Se alla fine della reazione i prodotti hanno una maggiore stabilità rispetto ai reagenti, il rilascio di energia avviene sotto forma di calore, dando una reazione esotermica.

Al contrario, se i reagenti provocano una stabilità di maggiore entità rispetto ai prodotti, significa che la miscela di reazione manifesta un assorbimento di energia sotto forma di calore dai suoi dintorni, dando luogo a una reazione endotermica.

Allo stesso modo, se accade un caso o l'altro, deve essere costruito un diagramma come quello mostrato in precedenza, in cui è rappresentata l'energia potenziale del sistema che reagisce all'avanzamento o al progresso della reazione.

In questo modo, i potenziali cambiamenti di energia che avvengono mentre la reazione continua si ottengono e i reagenti vengono trasformati in prodotti.

Come viene calcolato?

L'energia di attivazione di una reazione chimica è intimamente correlata alla costante di velocità di quella reazione e la dipendenza di questa costante sulla temperatura è rappresentata dall'equazione di Arrhenius:

k = Ae^{-Ea / RT}

In questa espressione k rappresenta la costante di velocità della reazione (che dipende dalla temperatura) e il parametro la È chiamato fattore di frequenza ed è una misura della frequenza delle collisioni tra le molecole.

D'altra parte,e esprime la base della serie di logaritmi naturali. Viene elevato a una potenza pari al quoziente negativo dell'energia di attivazione (Ea) tra il prodotto risultante dalla costante del gas (R) e la temperatura assoluta (T) del sistema da considerare.

Va notato che il fattore di frequenza può essere considerato come una costante in alcuni sistemi di reazione in un ampio intervallo di temperature.

Questa espressione matematica fu originariamente assunta dal chimico di origine olandese Jacobus Henricus van't Hoff nel 1884, ma che gli conferì validità scientifica e ne interpretò la premessa fu il chimico di origine svedese Svante Arrhenius, nell'anno 1889.

Calcolo dell'energia di attivazione di una reazione chimica

L'equazione di Arrhenius evidenzia la proporzionalità diretta che esiste tra la costante di velocità di una reazione e la frequenza delle collisioni tra le molecole.

Allo stesso modo, questa equazione può essere rappresentata in un modo più conveniente applicando la proprietà dei logaritmi naturali a ciascun lato dell'equazione, ottenendo:

ln k = ln A - Ea / RT

Quando riordinate i termini per ottenere l'equazione di una linea (y = mx + b), si ottiene la seguente espressione:

ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A

Quindi, quando costruisci un grafico di ln k versus 1 / T otteniamo una linea retta, dove ln k rappresenta la coordinata y, (- A / R) rappresenta la pendenza della linea (m), (1 / T) rappresenta la coordinata x, e ln A rappresenta l'intersezione con l'asse delle ordinate (b).

Come si può vedere, la pendenza risultante da questo calcolo è pari al valore di -Ea / R. Ciò implica che, se si desidera ottenere il valore dell'energia di attivazione mediante questa espressione, deve essere eseguita una semplice autorizzazione, che si traduce in:

Ea = -mR

Qui il valore di m è noto e R è una costante uguale a 8.314 J / K · mol.

In che modo l'energia di attivazione influisce sulla velocità di una reazione?

Quando si tenta di creare un'immagine dell'energia di attivazione, può essere considerata come una barriera che non consente che si verifichi una reazione tra le molecole di energia inferiore.

Come in una reazione comune, accade che il numero di molecole che possono reagire è piuttosto grande, la velocità - e in modo equivalente, l'energia cinetica di queste molecole - può essere molto variabile.

Succede di solito che solo una piccola parte della totalità delle molecole che subiscono una collisione - quelle che hanno una maggiore velocità di movimento - presentano abbastanza energia cinetica per superare la grandezza dell'energia di attivazione. Quindi, queste molecole sono adatte e in grado di essere parte della reazione.

Secondo l'equazione di Arrhenius, il segno negativo - che precede il quoziente tra l'energia di attivazione e il prodotto della costante di gas per la temperatura assoluta - implica che la costante di velocità diminuisca in quanto vi è un aumento dell'energia di attivazione, così come una crescita quando la temperatura aumenta.

Esempi di calcolo dell'energia di attivazione

Per calcolare l'energia di attivazione costruendo un grafico, secondo l'equazione di Arrhenius, abbiamo che le costanti di velocità per la reazione di decomposizione dell'acetaldeide sono state misurate a cinque diverse temperature e vogliamo determinare l'energia di attivazione per la reazione, che si esprime come:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

I dati delle cinque misurazioni sono i seguenti:

k (1 / M^1/2· S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810

Per prima cosa, per risolvere questa domanda e determinare l'energia di attivazione, dobbiamo costruire un grafico di ln k vs 1 / T (y vs x), per ottenere una linea retta e da qui prendere la pendenza e trovare il valore di Ea, come spiegato.

Trasformando i dati delle misure, secondo l'equazione di Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] i seguenti valori sono trovati per ye x, rispettivamente:

In 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

Di questi valori e mediante il calcolo matematico della pendenza - in un computer o in un calcolatore, mediante l'espressione m = (Y₂e₁) / (X₂-X₁) o utilizzando il metodo di regressione lineare, otteniamo che m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Quindi:

Ea = (8.314 J / K · mol) (2.09 * 10⁴ K)

= 1,74*10⁵ = 1,74*10² kJ / mol

Per determinare altre energie di attivazione attraverso il modo grafico, viene eseguita una procedura simile.

riferimenti

1. Wikipedia. (N.d.). Energia di attivazione. Estratto da en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimica, nona edizione. Messico: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Energia di attivazione Estratto da britannica.com
4. Moore, J. W. e Pearson, R. G. (1961). Cinetica e meccanismo. Recuperato da books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003). Corrosione dei metalli: principi fisico-chimici e problemi attuali. Estratto da books.google.co.ve