Énergie d'activation chimique Qu'est-ce que cela comprend, calcul

Leénergie d'activation chimique (du point de vue des études cinétiques) se réfère à la quantité minimale d'énergie nécessaire pour déclencher une réaction chimique. Selon la théorie des collisions en cinétique chimique, on dit que toutes les molécules en mouvement ont une certaine énergie cinétique.

Cela signifie que plus la vitesse de votre mouvement est grande, plus votre énergie cinétique est grande. En ce sens, une molécule qui effectue un mouvement rapide ne peut pas être divisée en fragments par elle-même, de sorte qu'une collision doit avoir lieu entre cette molécule et une autre afin qu'une réaction chimique puisse se produire.

Lorsque cela se produit - lorsqu'une collision se produit entre les molécules - une fraction de son énergie cinétique se transforme en énergie vibratoire. De même, si l'énergie cinétique est élevée au début du processus, les molécules qui participent à la collision présenteront une vibration si grande que certaines des liaisons chimiques présentes seront rompues.

Cette rupture de liens est la première étape dans la transformation des réactifs en produits; c'est-à-dire dans la formation de ceux-ci. Au contraire, si au début de ce processus, l’énergie cinétique est de faible amplitude, il se produira un phénomène de «rebond» des molécules, à travers lequel elles se sépareront pratiquement intactes.

Index

• 1 Qu'est ce que c'est?
  • 1.1 Complexe activé
• 2 Comment est-il calculé?
  • 2.1 Calcul de l'énergie d'activation d'une réaction chimique
• 3 Comment l'énergie d'activation affecte-t-elle la vitesse d'une réaction?
• 4 Exemples de calcul de l'énergie d'activation
• 5 références

En quoi consiste?

Partant du concept de collision entre molécules pour initier les réactions chimiques décrites précédemment, on peut dire qu’une quantité minimale d’énergie est nécessaire pour qu’une collision se produise.

Donc, si la valeur de l'énergie est inférieure à ce minimum nécessaire, il n'y aura tout simplement pas de modification entre les molécules après la collision, ce qui signifie que lorsque cette énergie est absente, les espèces impliquées restent pratiquement intactes et ne se produiront pas. Aucun changement dû à ce choc.

Dans cet ordre d'idées, l'énergie minimale nécessaire à un changement après une collision entre molécules s'appelle énergie d'activation.

En d'autres termes, les molécules impliquées dans un choc doivent avoir une quantité d'énergie cinétique totale d'une amplitude égale ou supérieure à l'énergie d'activation, de sorte qu'une réaction chimique puisse se produire.

De plus, dans de nombreux cas, les molécules entrent en collision et sont à l'origine d'une nouvelle espèce appelée complexe activé, structure appelée aussi "état de transition", car elle n'existe que temporairement.

Il est provoqué par les espèces de réactifs dues à la collision et avant la formation des produits de la réaction.

Complexe activé

Le complexe activé mentionné ci-dessus forme une espèce qui possède une stabilité très faible mais qui, à son tour, possède une énergie potentielle importante.

Le diagramme suivant montre la transformation des réactifs en produits, exprimée en termes d'énergie et en notant que la magnitude de l'énergie du complexe activé qui est formé est considérablement supérieure à celle des réactifs et des produits.

Si à la fin de la réaction les produits ont une plus grande stabilité que les réactifs, la libération d'énergie se produit sous forme de chaleur, donnant une réaction exothermique.

Au contraire, si les réactifs produisent une stabilité de plus grande ampleur que les produits, cela signifie que le mélange réactionnel manifeste une absorption d'énergie sous forme de chaleur provenant de son environnement, entraînant une réaction endothermique.

De même, si un cas se produit, un diagramme doit être construit comme celui présenté ci-dessus, où est tracée l'énergie potentielle du système qui réagit à la progression ou à la progression de la réaction.

De cette façon, les changements d'énergie potentiels qui se produisent au fur et à mesure de la réaction sont obtenus et les réactifs sont transformés en produits.

Comment est-il calculé?

L'énergie d'activation d'une réaction chimique est intimement liée à la constante de vitesse de cette réaction et l'équation d'Arrhenius représente la dépendance de cette constante à la température:

k = Ae^{-Ea / RT}

Dans cette expression k représente la constante de vitesse de la réaction (qui dépend de la température) et du paramètre Un On l'appelle le facteur de fréquence et c'est une mesure de la fréquence des collisions entre les molécules.

Pour sa part,e exprime la base de la série de logarithmes naturels. Il est porté à une puissance égale au quotient négatif de l'énergie d'activation (Ea) entre le produit résultant de la constante de gaz (R) et la température absolue (T) du système à prendre en compte.

Il convient de noter que le facteur de fréquence peut être considéré comme une constante dans certains systèmes de réaction sur une large plage de températures.

Cette expression mathématique a été allégué d'abord par le chimiste d'origine néerlandaise van't Hoff Jacobus Henricus en 1884, mais qui a donné la validité scientifique et a interprété son principe était chimiste suédois né en 1889 Svante Arrhenius.

Calcul de l'énergie d'activation d'une réaction chimique

L'équation d'Arrhenius souligne la proportionnalité directe qui existe entre la constante de vitesse d'une réaction et la fréquence des collisions entre molécules.

De même, cette équation peut être représentée de manière plus pratique en appliquant la propriété des logarithmes naturels de chaque côté de l’équation, en obtenant:

ln k = ln A - Ea / RT

Lors de la réorganisation des termes afin d'obtenir l'équation d'une ligne (y = mx + b), l'expression suivante est obtenue:

ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A

Ainsi, lors de la construction d'un tracé de ln k contre 1 / T d'une ligne droite, où ln k est obtenue représente la coordonnée y, (-Ea / R) représente la pente de la ligne (m), (1 / T) représente la coordonnée x, et ln A représente l'intersection avec l'axe des ordonnées (b).

Comme on peut le voir, la pente résultant de ce calcul est égale à la valeur de -Ea / R. Cela implique que, si l'on souhaite obtenir la valeur de l'énergie d'activation au moyen de cette expression, une simple clairance doit être effectuée, résultant en:

Ea = -mR

Ici, la valeur de m est connue et R est une constante égale à 8,314 J / K · mol.

Comment l'énergie d'activation affecte-t-elle la vitesse d'une réaction?

En essayant de faire une image de l'énergie d'activation, celle-ci peut être considérée comme une barrière qui ne permet pas une réaction entre les molécules moins énergétiques.

Comme dans une réaction commune, le nombre de molécules pouvant réagir est assez important, la vitesse - et de manière équivalente, l’énergie cinétique de ces molécules - peut être très variable.

Il arrive généralement que seule une petite partie de la totalité des molécules qui subissent une collision - celles qui ont une plus grande vitesse de déplacement - présentent suffisamment d'énergie cinétique pour surmonter l'ampleur de l'énergie d'activation. Ensuite, ces molécules sont aptes et capables de faire partie de la réaction.

Selon l'équation d'Arrhénius, le signe négatif qui précède le rapport entre l'énergie d'activation et le produit de la constante des gaz par la température absolue implique que présente la diminution constante de vitesse ayant une augmentation de l'énergie d'activation, ainsi qu'une croissance lorsque la température augmente.

Exemples de calcul de l'énergie d'activation

Pour calculer l'énergie d'activation par la construction d'un graphique, selon l'équation d'Arrhénius, doivent être les constantes de vitesse pour la réaction de décomposition de l'acétaldéhyde ont été mesurées à cinq températures différentes et on souhaite déterminer l'énergie d'activation pour la réaction, qui s'exprime comme:

CH₃CHO (g) → CH₄(g) + CO (g)

Les données des cinq mesures sont les suivantes:

k (1 / M^1/2· S): 0,011 - 0,035 - 0,105 - 0,343 - 0,789

T (K): 700 - 730 - 760 - 790 - 810

Tout d'abord, pour résoudre ce mystère et déterminer l'énergie d'activation est de construire un terrain de ln k vs 1 / T (y vs x) pour obtenir une ligne droite et de là, prendre la pente et trouver la valeur de Ea, comme expliqué.

Transformer des données de mesure conformément à l'équation d'Arrhenius [ln k = (- Ea / R) (1 / T) + ln A] les valeurs suivantes pour x et y, respectivement, sont les suivants:

ln k: (-4,51) - (-3,35) - (-2,254) - (-1,070) - (-0,237)

1 / T (K^-1): 1,43*10^-3 - 1,37*10^-3 - 1,32*10^-3 - 1,27*10^-3 - 1,23*10^-3

Parmi ces valeurs et au moyen du calcul mathématique de la pente - soit dans un ordinateur, soit dans une calculatrice, au moyen de l’expression m = (Y₂et₁) / (X₂-X₁) ou en utilisant la méthode de régression linéaire - nous obtenons que m = -Ea / R = -2,09 * 10⁴ K. Donc:

Ea = (8,314 J / K · mol) (2,09 * 10⁴ K)

= 1,74*10⁵ = 1,74*10² kJ / mol

Pour déterminer d'autres énergies d'activation par la voie graphique, une procédure similaire est effectuée.

Références

1. Wikipedia. (s.f.) Énergie d'activation Récupéré de en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimie, neuvième édition. Mexique: McGraw-Hill.
3. Britannica, E. (s.f.). Énergie d'activation. Récupéré de britannica.com
4. Moore, J. W. et Pearson, R. G. (1961). Cinétique et mécanisme. Récupéré de books.google.co.ve
5. Kaesche, H. (2003) Corrosion des métaux: principes physico-chimiques et problèmes actuels. Récupéré de books.google.co.ve