活性化エネルギーとその計算

定義

活性化エネルギーは、化学において、原子または粒子を化学的または物理的変化を起こすことができる状態にするために必要なエネルギーの基本的な尺度です。活性化エネルギーは、開始状態または変化状態の設定における原子または粒子と、それらの基礎となる配列における比較原子および粒子との間のエネルギー含有量の違いです。活性化エネルギーは（Ea）で示されます。

歴史

スウェーデンの研究者 Svante Arrhenius は、1880 年に「活性化エネルギー」という表現を提案し、一連の化合物反応物が協力してアイテムを形成するために必要な基本エネルギーを特徴付けました。概要では、活性化エネルギーは、ポテンシャル エネルギーの 2 つの最小マーク間のエネルギー障害の高さとして図解されます。基本的な焦点は、安定した反応物とアイテムのエネルギーです。

実際、ろうそくを消費するのと同じように、発熱反応でさえエネルギーの投入を必要とします。火のついたマッチやとんでもない熱さは、発火のために反応を開始します。その時点から、反応から進んだ熱さがエネルギーを供給し、それを自立させます。

Ea は活性化エネルギーの SI 単位を表します。通常、ジュール (J) で推定され、さらに 1 モルあたりのキロジュール (kJ/mol) または 1 モルあたりのキロカロリー (kcal/mol) で推定されます。

活性化エネルギーに影響する要因

活性化エネルギーは 2 つの変数に依存します。

1.反応物の性質

イオン性反応物のために、反応種間に引力があるため、( Ea ) の値は低くなります。共有結合反応物のため、Ea の値は高くなります。これは、より確立された結合を切断するためにエネルギーが必要になるためです。

2.カタリストの影響

正の触媒は、Ea の値が低くなる代替方法を提供しますが、負の触媒は、Ea の値が高い代替方法を提供します。

活性化エネルギーは、反応物の温度、圧力、体積、固定、または係数に依存しません。

活性化エネルギーの式

活性化エネルギーの公式は確かに

k =Ae−EaRT または k =A – EaRT

ここで、A は、反応で機能する先行要素であることが判明しました。また、反応はほぼ一定です。さらに、反応は温度に依存します。 Ea は活性化エネルギーであることが判明し、気体定数は R です。

さらに、T は温度を意味し、k は反応速度定数を意味します。最も重要なことは、アレニウスによってヒューズが発生した 3 つの重要な変数に注目できることです。主な要因は、粒子がポテン​​シャルを備えていることであり、これは反応にとって重要です。さらに、粒子因子間で影響が発生します。ついに、影響の量は一般的に適切な方向の要素を持つようになります.

派生、

アレニウス条件の前提は衝突仮説です。この仮説が示すように、2 つの粒子 (類似の物質または 2 つの固有の物質) 間の衝突における反応は、中間体を形成します。このように組み立てられた中間体は不安定で、短時間存在します。中間体が壊れて、アイテムの 2 つの原子が得られます。中間体の形成に利用されるエネルギーは、活性化エネルギーとして知られています。

現在、アレニウス条件の両側で署名すると仮定すると、反応は次のように変化します

Ln は自然対数です。品質は対数表から取得できます。

グラフィック描写については、

この条件と直線の条件を対比すると仮定すると、

y =ln k

x =1/T

m =– Ea/R

c =ln A.

これにより、負の傾きを持つ直線図が得られます。

気温の影響

この図から、反応を仮定した温度と速度が対応していると推測できます。温度が上昇すると、反応のペースも同様に増加します。活動エネルギーは温度とともに増加します。このように、動的エネルギーを持つ粒子の量は、温度を増加させたときの活性化エネルギーの増加よりも注目に値します。これは、活性化エネルギーを減少させることによって、一般的な反応のペースを拡大します.

温度が 10 K 変化すると、速度はほぼ 2 倍になります

.時間 T1 と T2 で反応のペースが K1 と K2 であるアレニウス条件を考えてみてはどうでしょうか。

ln k1 =– Ea/RT1+ ln A – – – – – (1)

ln k2 =– Ea/RT2 + ln A – – – – – (2)

(2) から (1) を差し引く

ln k2 – ln k1 =Ea/RT1 – Ea/RT2

ln k2/k1 =(Ea/R)1/T1-1/T2

ln を log に切り替えます;

log k2/k1 =(Ea/2.303R)(T2-T1)/T1T2

活性化エネルギーの計算

例 1

次のデータを使用して、HI の分解の活性化エネルギーを決定します:

温度 (K) 速度定数 (m/s)

572 2.90 x 10-6

672 8.39 x 10-4

772 7.66 x 10-2

解決策

速度定数の自然対数と完全な温度の比例関係のプロットから、応答の活性化エネルギーを決定できます。したがって、1/T と速度定数の自然対数を確認することから始めます。

この情報をグラフにすると、傾きが – 22,200 K の直線が得られます。

アレニウスの条件によると、この直線の傾きは次のようになります – Ea/R:

-22,200K =Ea8.314j/mol-k

この条件が整う時点で、この応答の活性化エネルギーに対して次のインセンティブが得られます:

Ea =182.9 kJ/mol

結論

プロセスの活性化エネルギーが定義され、化学プロセスにおけるその重要性が詳しく説明されています。このトピックでは、活性化エネルギーの歴史とその式についても学びました。

導出、Ea に影響を与える要因、およびいくつかの例の解決。