La energía de activación es la cantidad de energía que debe suministrarse para que se produzca una reacción química. El siguiente problema de ejemplo demuestra cómo determinar la energía de activación de una reacción a partir de las constantes de la velocidad de reacción a diferentes temperaturas.
Problema de energía de activación
Se observó una reacción de segundo orden. los velocidad de reacción constante a tres grados centígrados se encontró que era 8.9 x 10-3 L / mol y 7.1 x 10-2 L / mol a 35 grados centígrados. ¿Cuál es la energía de activación de esta reacción?
Solución
los energía de activación se puede determinar usando la ecuación:
ln (k2/ k1) = Eun/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
dónde
miun = la energía de activación de la reacción en J / mol
R = la constante de gas ideal = 8.3145 J / K · mol
T1 y T2 = temperaturas absolutas (en Kelvin)
k1 y k2 = las constantes de velocidad de reacción en T1 y T2
Paso 1: Convertir temperaturas de grados Celsius a Kelvin
T = grados Celsius + 273.15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276.15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308.15 Kelvin
Paso 2 - Encuentra Eun
ln (k2/ k1) = Eun/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7.1 x 10-2/8.9 x 10-3) = Eun/8.3145 J / K · mol x (1 / 276.15 K - 1 / 308.15 K)
ln (7.98) = Eun/8.3145 J / K · mol x 3.76 x 10-4 K-1
2.077 = Eun(4,52 x 10-5 mol / J)
miun = 4.59 x 104 J / mol
o en kJ / mol, (dividir por 1000)
miun = 45,9 kJ / mol
Responder: La energía de activación para esta reacción es 4.59 x 104 J / mol o 45,9 kJ / mol.
Cómo usar un gráfico para encontrar la energía de activación
Otra forma de calcular la energía de activación de una reacción es graficar ln k (la constante de velocidad) versus 1 / T (el inverso de la temperatura en Kelvin). La trama formará una línea recta expresada por la ecuación:
m = - Eun/ R
donde m es la pendiente de la línea, Ea es la energía de activación y R es la constante de gas ideal de 8.314 J / mol-K. Si tomó medidas de temperatura en grados Celsius o Fahrenheit, recuerde convertirlas a Kelvin antes de calcular 1 / T y trazar el gráfico.
Si hiciera un diagrama de la energía de la reacción versus la coordenada de reacción, la diferencia entre la energía de la reacción los reactivos y los productos serían ΔH, mientras que el exceso de energía (la parte de la curva superior a la de los productos) sería la activación energía.
Tenga en cuenta que, si bien la mayoría de las velocidades de reacción aumentan con la temperatura, en algunos casos la velocidad de reacción disminuye con la temperatura. Estas reacciones tienen energía de activación negativa. Entonces, si bien debe esperar que la energía de activación sea un número positivo, tenga en cuenta que también es posible que sea negativa.
¿Quién descubrió la energía de activación?
Científico sueco Svante Arrhenius propuso el término "energía de activación" en 1880 para definir la energía mínima necesaria para que un conjunto de reactivos químicos interactúen y formen productos. En un diagrama, la energía de activación se representa como la altura de una barrera de energía entre dos puntos mínimos de energía potencial. Los puntos mínimos son las energías de los reactivos y productos estables.
Incluso las reacciones exotérmicas, como quemar una vela, requieren un aporte de energía. En el caso de la combustión, un fósforo encendido o calor extremo inicia la reacción. A partir de ahí, el calor evolucionado a partir de la reacción suministra la energía para que sea autosuficiente.