화학 및 물리학에서 활성화 에너지 화학 반응을 시작하는 데 필요한 최소 에너지의 양입니다. 반응물은 종종 열에서 활성화 에너지를 얻지 만 때로는 에너지가 다른 화학 반응에 의해 방출되는 빛이나 에너지에서 비롯됩니다. 자발적 반응의 경우, 주변 온도는 활성화 에너지를 달성하기에 충분한 에너지를 공급합니다.
스웨덴의 과학자 Svante Arrhenius는 1889 년에 활성화 에너지의 개념을 제안했습니다. 활성화 에너지는 E a 기호로 표시됩니다. 줄라도 (J), 두더지 당 킬로 줄 (kj/mol) 또는 두더지 당 킬로 칼로리 (kcal/mol).
효소 및 촉매의 효과
촉매는 화학 반응의 활성화 에너지를 낮 춥니 다. 효소는 촉매의 예입니다. 촉매는 화학 반응에 의해 소비되지 않으며 반응의 평형 상수를 변화시키지 않습니다. 일반적으로 반응의 전이 상태를 수정하여 작동합니다. 기본적으로 그들은 반응에 또 다른 방법을 제공합니다. 두 곳 사이에서 바로 가기를하는 것과 같이, 그들 사이의 실제 거리는 경로 만 변하지 않습니다.
대조적으로, 억제제는 화학 반응의 활성화 에너지를 증가시킨다. 이것은 반응 속도를 감소시킵니다.
활성화 에너지 및 반응 속도
활성화 에너지는 반응 속도와 관련이 있습니다. 활성화 에너지가 높을수록 주어진 시간에 에너지 장벽을 극복하기에 충분한 에너지가 적기 때문에 반응이 진행됩니다. 활성화 에너지가 충분히 높으면 에너지가 공급되지 않으면 반응이 전혀 진행되지 않습니다. 예를 들어, 나무를 태우면 많은 에너지가 방출되지만 목재 테이블은 갑자기 불꽃으로 터지지 않습니다. 목재의 연소에는 활성화 에너지가 필요하며, 이는 가벼운에 의해 공급 될 수 있습니다.
Arrhenius 방정식은 반응 속도, 활성화 에너지 및 온도 사이의 관계를 설명합니다.
k =ae
여기서는 k는 반응 속도 계수, a는 반응의 주파수 계수, e는 비합리적 숫자 (대략 2.718), e a 입니다. 활성화 에너지, R은 범용 가스 상수이고 T는 절대 온도 (켈빈)입니다.
Arrhenius 방정식은 반응 속도가 온도에 따라 변한다는 것을 보여줍니다. 대부분의 경우 온도가 증가함에 따라 화학 반응이 더 빨리 진행됩니다 (최대 1 점). 경우에 따라 온도가 증가함에 따라 반응 속도가 감소합니다. 활성화 에너지를 해결하면 음의 값을 줄 수 있습니다.
음성 활성화 에너지가 가능합니까?
기본 반응을위한 활성화 에너지는 0 또는 양수입니다. 그러나, 여러 단계로 구성된 반응 메커니즘은 음성 활성화 에너지를 가질 수있다. 또한, Arrhenius 방정식은 온도가 증가함에 따라 반응 속도가 감소하는 경우 음의 활성화 에너지 값을 허용합니다. 음성 활성화 에너지와의 기본 반응은 장벽이없는 반응입니다. 이 경우, 온도가 증가하면 반응물이 너무 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 반응물이 결합 될 확률이 줄어 듭니다. 서로 끈적 끈적한 공을 던지는 것처럼 생각할 수 있습니다. 저속으로, 그들은 붙어 있지만 너무 빨리 움직이면 서로 튀어 나옵니다.
활성화 에너지 및 깁스 에너지
Eyring 방정식은 반응 속도를 설명하는 또 다른 관계입니다. 그러나 방정식은 활성화 에너지보다는 전이 상태의 깁스 에너지를 사용합니다. 전이 상태의 Gibbs 에너지는 반응의 엔탈피 및 엔트로피를 설명합니다. 활성화 에너지와 Gibbs 에너지는 관련이 있지만 화학 방정식과 상호 교환 할 수 없습니다.
활성화 에너지를 찾는 방법
Arrhenius 방정식을 사용하여 활성화 에너지를 찾으십시오. 한 가지 방법은 Arrhenius 방정식을 다시 작성하고 온도가 변함에 따라 반응 속도의 변화를 기록하는 것입니다.
log k =log a - e a /2.303RT
log (k 2 /k 1 ) =ea/2.303r (1/t 1 -1/t 2 )
예 :온도가 310k에서 330k로 증가함에 따라 1 차 반응의 속도 상수는 3 × 10에서 8 × 10으로 증가합니다. 활성화 에너지를 계산하십시오 (e a ).
로그 (8 × 10/3 × 10) =EA/2.303R (1/310 - 1/330)
로그 2.66 =EA/2.303R (1.95503 x 10)
0.4249 EA/2.303 × 8.314 x (1.95503 x 10)
0.4249 =EA/19.147 X (1.95503 x 10)
0.4249 =1.02106 x 10 x ea
EA =41613.62 J/mol 또는 41.614 kj/mol
ln k (속도 상수의 자연 로그)을 그래프 1/t로 그래프하고 결과 라인의 기울기를 사용하여 활성화 에너지를 찾을 수 있습니다 :
m =- e a /r
여기서 M은 선의 기울기이고, EA는 활성화 에너지이며, R은 8.314 J/MOL-K의 이상적인 가스 상수입니다. 1/t를 계산하고 그래프를 플로팅하기 전에 섭씨 또는 화씨로 취한 온도 측정을 켈빈으로 변환하는 것을 잊지 마십시오.
.반응 좌표와 반응 좌표의 에너지의 플롯에서, 반응물의 에너지와 생성물의 에너지 사이의 차이는 ΔH이고, 과도한 에너지 (생성물의 곡선의 일부)는 활성화 에너지이다.
.참조
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