הגדרת כימיה של אנרגיית ההפעלה (Ea)

אנרגיית הפעלה הוא הסכום המינימלי של אנרגיה נדרש ליזום א תגובה. זהו גובה מחסום האנרגיה הפוטנציאלי בין מינימום האנרגיה הפוטנציאלית של המגיבים והמוצרים. אנרגיית ההפעלה מסומנת על ידי E_א ובדרך כלל יש יחידות של קילוג'ול למול (kJ / mol) או קילוקלוריות למול (kcal / mol). המונח "אנרגיית הפעלה" הוצג על ידי המדען השבדי סוונטה ארהניוס בשנת 1889. משוואת ארהניוס קשורה לאנרגיית ההפעלה ל ציון בו מתרחשת תגובה כימית:

k = Ae^{-Ea / (RT)}

כאשר k הוא מקדם קצב התגובה, A הוא גורם התדר לתגובה, e הוא המספר הלא רציונאלי (שווה בערך ל 2.718), E_א היא אנרגיית ההפעלה, R הוא קבוע הגז האוניברסאלי, ו- T הוא הטמפרטורה המוחלטת (קלווין).

ממשוואת ארהניוס ניתן לראות כי קצב התגובה משתנה בהתאם לטמפרטורה. בדרך כלל פירוש הדבר שתגובה כימית מתקדמת במהירות גבוהה יותר בטמפרטורה גבוהה יותר. עם זאת ישנם כמה מקרים של "אנרגיית הפעלה שלילית", כאשר קצב התגובה יורד עם הטמפרטורה.

אם אתה מערבב יחד שני כימיקלים, רק מספר קטן של התנגשויות יתרחש באופן טבעי בין מולקולות המגיבות לייצור מוצרים. זה נכון במיוחד אם יש למולקולות אנרגיה קינטית נמוכה

לפעמים מתרחשת תגובה כימית מבלי להוסיף אנרגיה נוספת. במקרה זה, אנרגיית ההפעלה של התגובה מסופקת בדרך כלל על ידי חום מטמפרטורת הסביבה. חום מגביר את תנועת מולקולות המגיבים, משפר את הסיכוי שלהם להתנגש זה בזה ולהגדיל את כוח ההתנגשויות. השילוב גורם לכך שסביר יותר שייווצרו קשרים בין המגיב, ומאפשרים ליצור מוצרים.

חומר שמוריד את אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית נקרא א זרז. בעיקרון, זרז פועל על ידי שינוי מצב המעבר של תגובה. הזרזים אינם נצרכים על ידי התגובה הכימית והם אינם משנים את קבוע שיווי המשקל של התגובה.

אנרגיית הפעלה היא מונח במשוואת ארהניוס המשמשת לחישוב האנרגיה הדרושה כדי להתגבר על מצב המעבר מגיבים למוצרים. משוואת Eyring היא יחס נוסף המתאר את קצב התגובה, למעט במקום להשתמש באנרגיית הפעלה, הוא כולל אנרגיה של גיבס של מצב המעבר. אנרגיית הגיבס של גורמי מצב המעבר הן באנטלפיה והן באנטרופיה של תגובה. אנרגיית ההפעלה ואנרגיית ג'יבס קשורות זו לזו, אך אינן ניתנות להחלפה.