原子または分子を化学変換または物理輸送を実行できる状態にするために必要な最小量のエネルギーは、化学では活性化エネルギーとして知られています。遷移状態理論では、活性化エネルギーは、活性化または遷移状態の構成とそれらの開始構成の分子または原子間のエネルギー含有量の差です。反応速度定数、k =Ae、拡散係数、D =Do などの量の数学的定式化 e 、活性化エネルギーはしばしば記号 Ea で示されます。
k =Ae
A=アレニウス定数
Ea =活性化エネルギーK=速度定数
R=気体定数
T=温度
数式
反応が進行するために必要なしきい値エネルギーと、反応種内のすべての反応分子の平均運動エネルギーとの間に見られる差は、活性化エネルギーです。Ea =Eしきい値 – E平均
これは、反応の活性化エネルギーが低い場合、有効な衝突の割合が大きく、しきい値エネルギーが高く、反応速度が高いことを意味します。有効な衝突の数は最小限であり、活性化エネルギーが高い場合、反応速度は遅くなります。
化学反応活性化エネルギー
エネルギーを放出する負の G 反応が進行するためにエネルギーの使用が必要になるのはなぜですか?その理由は、化学反応には複数のステップが含まれるためです。化学反応中、化学結合が壊れ、新しい結合が形成されます。たとえば、グルコース分子が分解されると、炭素原子間の結合が壊れます。それらはエネルギー貯蔵接続であるため、切断されるとエネルギーを放出します。ただし、結合を切断できるようにするには、分子をねじる必要があります。遷移状態は、わずかなエネルギーで到達できる高エネルギーで不安定な状態です。その結果、反応物分子は遷移状態で多くの時間を費やさず、代わりに高速で移動します。発エルゴン反応 (G0) は吸エルゴン反応 (G>0) と組み合わされることがあり、それらが進行します。エネルギー結合は、ある反応から別の反応への自発的な切り替えを表す用語です。吸エルゴン反応は、発エルゴン反応によって生成された自由エネルギーを吸収します。細胞機能にとって重要な膜貫通型イオン ポンプは、ATP を使用したエネルギー結合の一例です。
自由エネルギー図
特定の反応のエネルギー プロファイルは、自由エネルギー図に示されています。図の生成物は、反応が発エルゴン (G0) か吸エルゴン (G>0) かに応じて、反応物よりも低いエネルギー状態または高いエネルギー状態で存在します。一方、活性化エネルギーは、反応の G とは無関係です。別の言い方をすれば、特定の温度での活性化エネルギーは、反応物の相対的なエネルギー状態ではなく、起こっている化学変換の性質によって決まります。と製品。活性化エネルギーの概念は、上の図の発エルゴン順反応のコンテキストで説明されていますが、同じ概念が逆反応にも適用されます。これは吸エルゴンでなければなりません。逆反応の活性化エネルギーは正反応よりも大きいことに注意してください。
周囲からの熱エネルギー
プロセスを前進させるために必要な活性化エネルギーは、多くの場合、環境からの熱エネルギーによって提供されます。熱エネルギー (化学反応における反応物または生成物の総結合エネルギー) は分子運動を加速し、より大きな周波数と力でより多くの衝突を引き起こします。分子内の原子と結合を徐々にシフトすることにより、遷移状態に到達するのにも役立ちます。その結果、システムを加熱すると、そのシステム内の化学反応物がより頻繁に反応します。システム内の圧力を上げると、同様の効果が得られます。反応物が周囲から十分な熱エネルギーを吸収して遷移状態に達すると、反応が進行します。反応が進行する速度は、その活性化エネルギーによって決まります。化学反応が遅いほど、活性化エネルギーが高くなります。鉄の錆の例は、本質的に鈍い反応を示しています。 EA が高いため、この反応は完了するまでに長い時間がかかります。さらに、いくつかの燃料の活性化エネルギーが火花からの十分な熱によって克服されるまで、非常に発エルゴン的な多数の燃料の燃焼が低速で行われます。しかし、いったん燃焼が始まると、化学プロセスは火を維持するのに十分な熱を生成し、周囲の燃料分子に活性化エネルギーを提供します.
温度と活性化エネルギー
2 つのビリヤード ボールが衝突すると、互いに跳ね返ります。 X と Y の 2 つの分子が衝突すると、これが最も一般的な結果でもあります。完全に変更も損傷も受けずに、互いに跳ね返ります。化学反応が起こるためには、X と Y が十分なエネルギーで衝突し、化学結合が壊れる必要があります。どの化学反応でも、反応物内の化学結合が壊れ、生成物内の新しい結合が確立されるため、これが当てはまります。反応を適切に開始するには、結合を破壊するのに十分な力で衝突するのに十分な速度で（十分な運動エネルギーで）反応物が移動する必要があります。これは、分子が移動しなければならない最低限のエネルギーです。活性化エネルギーは、分子が衝突して化学反応を起こすために移動しなければならない最小エネルギーです。結論
活性化エネルギーは、活性化または遷移状態構成の分子または原子と遷移状態理論における初期構成のエネルギー量の差として定義されます。化学結合は破壊され、化学反応中に新しい結合が生成されます。たとえば、グルコース分子の炭素原子間の結合は、分解されるにつれて破壊されます。これらの結合が壊れると、エネルギーを蓄える結合であるため、エネルギーを放出します。ただし、結合を切断できる状態にするには、分子を歪ませる必要があります。
