소개
초마다 수천 개의 화학적 상호 작용이 우리 몸에서 발생합니다. 생명이 존재하려면 몇 가지 화학적 과정이 필요합니다. 새로운 결합을 만들기 위해서는 많은 분자들이 안정적인 상태를 얻었으며 찢어 져야합니다. 그러나 채권을 깨고 설정하는 데는 많은 에너지가 필요하며, 이는 '활성화 에너지'라고합니다. 주어진 활성화 에너지는 반응물을 생성물로 변형시키는 데 필요한 가장 적은 양의 외부 에너지입니다.
다시 말해, 화학 반응 동안 결합이 깨지고 새로운 결합이 형성됩니다. 이러한 결합을 파괴하고 생산하는 데 필요한 에너지는 활성화 에너지라고합니다. 활성화 에너지의 값이 높을수록 필요로 인해 천천히 일어날 반응을 의미합니다. 활성화 에너지의 값이 낮 으면 결합이 쉽게 분해 될 수 있기 때문에 반응이 쉽게 일어날 것임을 의미합니다.
활성화 에너지에 영향을 미치는 요인을 자세히 설명하기 위해 반응 속도, 즉 반응물이 화학 반응의 결과로 생성물을 생성하는 속도를 이해할 것입니다. 응답을 수행하기위한 시간 제한에 대한 정보를 제공합니다. 예를 들어, 화재에서 셀룰로오스 연소의 반응 속도는 매우 빠르며, 프로세스는 1 초 이내에 완료됩니다.
.활성화 에너지에 영향을 미치는 여러 요인은 수많은 화학 반응을 나타냅니다. 따라서, 많은 생물학적 과정은 자발적으로 발생하지 않으며 초기 에너지 (활성화 에너지)의 초기 입력을 시작해야한다. Endergonic과 Exergonic 프로세스를 모두 연구 할 때는 활성화 에너지를 고려해야합니다. 엑서닉 반응은 순 에너지 방출을 만듭니다. 그럼에도 불구하고, 그들은 에너지 방출 단계를 통해 진행하기 위해 소량의 에너지가 필요합니다. 활성화 에너지 (또는 자유 활성화의 자유 에너지)는 모든 화학 반응이 발생하는 데 필요한 최소 에너지이며, 약어 ‘ea’. 로 표시됩니다.
반응 물질의 화학적 특성
반응의 속도는 관련된 화학 물질에 의해 결정됩니다. 동일한 상황에서 비교할 수있는 것으로 보이는 반응은 반응물의 동일성에 따라 다양한 속도를 가질 수 있습니다. 철과 나트륨의 미세한 입자가 공기에 노출되면 나트륨은 밤새 공기와 완전히 상호 작용하지만 철은 거의 영향을 미치지 않습니다. 칼슘과 나트륨은 수소 가스와베이스를 형성하기 위해 물과 반응하는 활성 금속입니다. 반면에 칼슘은 천천히 반응합니다. 그러나 나트륨은 너무 빨리 반응하여 과정이 거의 폭발적입니다.
활성화 에너지 및 반응 속도에 영향을 미치는 요인
반응 속도와 관련된 화학 공정의 활성화 에너지에 영향을 미치는 몇 가지 요인이 있습니다. 활성화 에너지가 상승하면 화학 반응이 느려집니다. 이것은 분자가 활성화 에너지의 장벽을 통과 한 후에 만 반응을 완료 할 수 있기 때문입니다. 장벽이 클수록 동시에 통과 할 수있는 분자의 양이 적습니다.
그렇다면 어떤 분자는 어떻게 다른 분자보다 더 활력이 있습니까? 특정 반응은 에너지가 없을 때 발생하지 않는 높은 활성화 에너지를 보유합니다. 예를 들어, 프로판과 같은 연료의 연소는 에너지를 생성하는 반면, 반응 속도는 실온에서 거의 미미합니다. (그러나 이것은 좋은 일입니다 - 선반에서 프로판 캐니스터가 폭발하면 그림!) 스파크가 활성화 에너지 장벽을 넘어 특정 분자를 구동하기에 충분한 에너지를 생성하면 반응이 완료되고 에너지가 방출됩니다. 이 방출 된 에너지는 다른 연료 분자가 에너지 장벽을 지나쳐 가서 연쇄 반응을 초래합니다.
온도
온도 상승은 종종 응답 속도를 향상시킵니다. 반응물 분자의 평균 운동 에너지는 온도가 상승함에 따라 증가합니다. 결과적으로, 더 많은 분자의 분자는 효과적인 충돌에 필요한 최소 에너지를 가질 것입니다 ( '온도 및 반응 속도'참조)
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촉매의 존재
촉매는 소비하지 않고 공정에 참여하는 화학 물질입니다. 촉매는 생성물을 얻기위한 두 번째 반응 경로를 제공한다. 그들은 많은 생물학적 사건에서 중요한 역할을합니다. 그들은 '촉매'섹션에서 더 자세히 살펴볼 것입니다.
반응물의 신체 상태 및 표면적
접촉의 단계의 표면적은 반응물 분자가 이종 혼합물에서와 같이 상이한 상에 존재할 때 반응 속도를 제한한다. 고체 금속 반응물과 가스 반응물이 혼합 될 때 금속 표면의 분자 만 가스 분자와 충돌 할 수 있습니다. 결과적으로, 금속을 평평하게 두드리거나 여러 조각으로 얇게 썰어 금속의 표면적을 증가 시키면 반응 속도가 향상 될 수 있습니다.
활성화 에너지 공식
주어진 활성화 에너지는 호환 가능하며 반응 종에서 모든 반응 분자의 추정 된 동 역학적 에너지 사이의 차이와 동일하다.
따라서 반응의 활성화 에너지가 감소하면 효과적인 충돌 비율이 커지고 많은 양의 에너지가 있습니다. 또한 반응의 속도가 높을 것입니다. 활성화 에너지가 크면 효과적인 충돌의 수가 최소화되고 응답 속도가 느려집니다.
요약 :
- 낮은 활성화 에너지는 더 빠른 응답을 초래합니다.
- 높은 활성화 에너지로 인한 느린 반응
- Arrhenius 개념에 따르면 활성화 에너지는 다양한 요소의 영향을받습니다. 가장 중요한 것은 온도입니다. Arrhenius 방정식은 활성화 에너지와 화학 공정 속도 사이의 연결의 정량적 기초와 관련이 있습니다. 활성화 에너지의 공식은 다음과 같습니다.
위 방정식의 표기법은 다음과 같습니다.
- a는 사전 지수 요인으로 사용됩니다.
- t는 절대 온도 (kelvin)이며 K는 반응 속도 계수를 나타냅니다.
- Ris는 보편적 가스 상수이며 EA는 활성화 에너지입니다.
Arrhenius 방정식은 온도 및 활성화 에너지에 대한 반응 속도의 응답 성을 나타내는 가장 정확한 실험적 요인으로 널리 인식됩니다.
.활성화 에너지는 화학 반응을 계속하기 위해 반응물 분자가 극복 해야하는 용량 장벽 또는 에너지 장벽입니다.
결론
단일 온도에서 시뮬레이션에서 거의 모든 역동적 인 시간 척도에서 화학 시스템의 활성화 에너지를 직접 결정하기위한보고 된 접근법이보고되었다. 수치 적으로 미분을 계산하는 표준 Arrhenius 분석과 달리, 이들 방법론은 온도에 대한 분석적 미분을 즉시 계산합니다. 그것들은 본질적으로 통계 역학의 변동 이론을 역동적으로 적용합니다.
