Nieuwe

Hoe activeringsenergie te berekenen

Hoe activeringsenergie te berekenen

Activeringsenergie is de hoeveelheid energie die moet worden geleverd om een ​​chemische reactie te laten verlopen. Het onderstaande voorbeeldprobleem laat zien hoe de activeringsenergie van een reactie uit reactiesnelheidconstanten bij verschillende temperaturen kan worden bepaald.

Activatie Energie Probleem

Een tweede-orde reactie werd waargenomen. De reactiesnelheidconstante bij drie graden Celsius bleek 8,9 x 10 te zijn-3 L / mol en 7,1 x 10-2 L / mol bij 35 graden Celsius. Wat is de activeringsenergie van deze reactie?

Oplossing

De activeringsenergie kan worden bepaald met behulp van de vergelijking:
ln (k2/ k1) = Eeen/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
waar
Eeen = de activeringsenergie van de reactie in J / mol
R = de ideale gasconstante = 8,3145 J / K · mol
T1 en T2 = absolute temperaturen (in Kelvin)
k1 en k2 = de reactiesnelheidconstanten op T1 en T2

Stap 1: Converteren temperaturen van graden Celsius naar Kelvin
T = graden Celsius + 273.15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin

Stap 2 - Zoek Eeen
ln (k2/ k1) = Eeen/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/ 8,9 x 10-3) = Eeen/8.3145 J / K · mol x (1 / 276.15 K - 1 / 308.15 K)
ln (7,98) = Eeen/8.3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2.077 = Eeen(4,52 x 10-5 mol / J)
Eeen = 4,59 x 104 J / mol
of in kJ / mol (delen door 1000)
Eeen = 45,9 kJ / mol

Antwoord: De activeringsenergie voor deze reactie is 4,59 x 104 J / mol of 45,9 kJ / mol.

Een grafiek gebruiken om activeringsenergie te vinden

Een andere manier om de activeringsenergie van een reactie te berekenen, is door grafiek ln k (de snelheidsconstante) versus 1 / T (het omgekeerde van de temperatuur in Kelvin) te maken. De plot zal een rechte lijn vormen, uitgedrukt door de vergelijking:

m = - Eeen/ R

waarbij m de helling van de lijn is, Ea de activeringsenergie en R de ideale gasconstante van 8,314 J / mol-K. Als u temperatuurmetingen in Celsius of Fahrenheit hebt uitgevoerd, vergeet dan niet om ze om te zetten in Kelvin voordat u 1 / T berekent en de grafiek uitzet.

Als u een grafiek zou maken van de energie van de reactie versus de reactiecoördinaat, zou het verschil tussen de energie van de reactanten en de producten ΔH zijn, terwijl de overtollige energie (het deel van de curve boven dat van de producten) wees de activeringsenergie.

Houd er rekening mee dat, hoewel de meeste reactiesnelheden toenemen met de temperatuur, er in sommige gevallen de reactiesnelheid afneemt met de temperatuur. Deze reacties hebben negatieve activeringsenergie. Dus, hoewel je verwacht dat activeringsenergie een positief getal is, moet je er rekening mee houden dat het ook mogelijk is om negatief te zijn.

Wie heeft activeringsenergie ontdekt?

De Zweedse wetenschapper Svante Arrhenius stelde in 1880 de term "activeringsenergie" voor om de minimale energie te definiëren die nodig is voor een reeks chemische reagentia om te interageren en producten te vormen. In een diagram wordt activeringsenergie grafisch weergegeven als de hoogte van een energiebarrière tussen twee minimale punten van potentiële energie. De minimumpunten zijn de energieën van de stabiele reactanten en producten.

Zelfs exotherme reacties, zoals het branden van een kaars, vereisen energie-input. In het geval van verbranding begint een brandende lucifer of extreme hitte de reactie. Van daaruit levert de uit de reactie ontwikkelde warmte de energie om deze zelfvoorzienend te maken.