Как рассчитать энергию активации

Энергия активации – это количество энергии, которое необходимо подать для протекания химической реакции. В приведенном ниже примере задачи показано, как определить энергию активации реакции по константам скорости реакции при различных температурах.

Проблема энергии активации

Наблюдалась реакция второго порядка. Константа скорости реакции при трех градусах Цельсия составила 8,9 x 10 -3 л/моль и 7,1 x 10 -2 л/моль при 35 градусах. Цельсия. Какова энергия активации этой реакции?

Решение

Энергию активации можно определить с помощью уравнения:
ln (k 2 /k 1 ) = E a /R x (1/T 1 – 1/T 2 )
, где
E a = энергия активации реакция в Дж/моль
R = постоянная идеального газа = 8,3145 Дж/К · моль
T 1 и T 2 = абсолютные температуры (в Кельвинах)
k 1 и k 2 = константы скорости реакции при T 1 и T 2

Шаг 1: преобразование температуры из градусов Цельсия до Кельвина
T = градусы Цельсия + 273,15
T 1 = 3 + 273,15
T 1 = 276,15 К
T 2 = 35 + 273,15
T 2 = 308,15 Кельвина

Шаг 2 – Найдите E a
ln (k 2 /k 1 ) = E a /R x (1/T 1 – 1/T 2 )
ln (7,1 x 10 -2 /8,9 x 10 -3 ) = E a /8,3145 Дж/К · моль x (1/276,15 K – 1/308,15 K)
ln (7,98) = E a / 8,3145 Дж/К · моль x 3,76 x 10 -4 K -1
2,077 = E a (4,52 x 10 -5 моль/Дж)
E a = 4,59 x 10 4 Дж/моль
или в кДж/моль (разделить на 1000)
E a = 45,9 кДж/моль

Ответ: Энергия активации этой реакции составляет 4,59 x 10 4 Дж/моль или 45,9 кДж/моль.

Как использовать график для определения энергии активации

Другой способ вычислить энергию активации реакции – построить график ln k ( константа скорости) в зависимости от 1/T (величина, обратная температуре в Кельвинах). График будет образовывать прямую линию, выраженную уравнением:

m = – E a /R

где m – наклон линии, Ea – энергия активации, а R – постоянная идеального газа, равная 8,314 Дж/моль-К. Если вы измеряли температуру в градусах Цельсия или Фаренгейта, не забудьте преобразовать их в градусы Кельвина, прежде чем рассчитывать 1/T и строить график..

Если бы вы построили график зависимости энергии реакции от координаты реакции, разница между энергией реагентов и продуктов была бы ΔH , в то время как избыточная энергия (часть кривой выше, чем у продуктов) будет энергией активации.

Имейте в виду, в то время как скорость большинства реакций увеличивается В зависимости от температуры в некоторых случаях скорость реакции уменьшается с увеличением температуры. Эти реакции имеют отрицательную энергию активации. Итак, хотя вы должны ожидать, что энергия активации будет положительным числом, имейте в виду, что она также может быть отрицательной.

Кто обнаружил энергию активации?

Шведский ученый Сванте Аррениус предложил термин «энергия активации» в 1880 году для определения минимальной энергии, необходимой для набора химических реагентов для взаимодействия и образования продуктов. На диаграмме энергия активации изображена как высота энергетического барьера между двумя точками минимума потенциальной энергии. Точки минимума – это энергии стабильных реагентов и продуктов.

Даже экзотермические реакции, такие как горение свечи, требуют ввода энергии. В случае возгорания горящая спичка или сильный жар запускают реакцию. Оттуда тепло, выделяющееся в результате реакции, обеспечивает энергию, чтобы сделать ее самоподдерживающейся.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий