Aktivacijska energija je najmanjši znesek energija potreben za začetek a reakcija. To je višina ovire potencialne energije med potencialnimi energijskimi minimumi reaktantov in produktov. Energija aktivacije je označena z Ea in ima navadno enote kilodžul na mol (kJ / mol) ali kilokalorij na mol (kcal / mol). Izraz "aktivacijska energija" je leta 1889 uvedel švedski znanstvenik Svante Arrhenius. Arreniusova enačba nanaša aktivacijsko energijo na oceniti pri kateri poteka kemična reakcija:
k = Ae-Ea / (RT)
kjer je k koeficient hitrosti reakcije, A je frekvenčni faktor reakcije, e je iracionalno število (približno enako 2.718), Ea je aktivacijska energija, R je univerzalna plinska konstanta in T je absolutna temperatura (Kelvin).
Iz Arreniusove enačbe je razvidno, da se hitrost reakcije spreminja glede na temperaturo. Običajno to pomeni, da se kemijska reakcija hitreje odvija pri višji temperaturi. Obstaja pa nekaj primerov "negativne aktivacijske energije", kjer se hitrost reakcije s temperaturo zmanjšuje.
Zakaj je potrebna energija za aktivacijo?
Če zmešate dve kemikaliji, bo med molekulami reaktantov naravno nastalo le majhno število trkov. To še posebej velja, če imajo molekule nizka kinetična energija. Preden se znaten del reaktantov pretvori v produkte, je treba premagati brezplačno energijo sistema. Aktivacijska energija daje reakcijo, da je potrebno malo dodatnega pritiska, da gremo naprej. Tudi eksotermične reakcije za začetek potrebujete aktivacijsko energijo. Na primer, sveženj lesa ne bo začel sam goreti. Prižgana vžigalica lahko zagotovi aktivacijsko energijo za začetek zgorevanja. Ko se kemijska reakcija začne, toplota, ki jo sprošča reakcija, zagotavlja aktivacijsko energijo za pretvorbo več reaktanta v proizvod.
Včasih kemična reakcija poteka brez dodajanja dodatne energije. V tem primeru se energija aktivacije reakcije običajno napaja s toploto iz temperature okolice. Toplota povečuje gibanje molekul reaktanta, izboljšuje njihovo verjetnost trčenja med seboj in povečuje silo trka. Zaradi kombinacije je večja verjetnost, da se bodo vezive med reaktantom pretrgale, kar omogoča nastanek produktov.
Katalizatorji in aktivacijska energija
Snov, ki zmanjšuje aktivacijsko energijo kemijske reakcije, se imenuje a katalizator. V bistvu katalizator deluje tako, da spremeni reakcijsko stanje reakcije. Katalizatorji ne porabijo kemične reakcije in ne spremenijo ravnotežne konstante reakcije.
Razmerje med aktivacijsko energijo in energijo Gibbsov
Aktivacijska energija je izraz v Arreniusovi enačbi, ki se uporablja za izračun energije, potrebne za premagovanje stanja prehoda iz reaktantov v produkte. Eyringova enačba je še eno razmerje, ki opisuje hitrost reakcije, razen da namesto uporabe aktivacijske energije vključuje Gibbsovo energijo prehodnega stanja. Gibbsova energija faktorjev prehoda v enttalpiji in entropiji reakcije. Aktivacijska energija in Gibbsova energija sta povezani, vendar nista zamenljivi.