L'énergie d'activation est la quantité d'énergie qui doit être fournie pour qu'une réaction chimique se déroule. L'exemple de problème ci-dessous montre comment déterminer l'énergie d'activation d'une réaction à partir de constantes de vitesse de réaction à différentes températures.
Problème d'énergie d'activation
Une réaction de second ordre a été observée. le taux de réaction constante à trois degrés Celsius était de 8,9 x 10-3 L / mol et 7,1 x 10-2 L / mol à 35 degrés Celsius. Quelle est l'énergie d'activation de cette réaction?
Solution
le énergie d'activation peut être déterminé à l'aide de l'équation:
ln (k2/ k1) = Eune/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
où
Eune = l'énergie d'activation de la réaction en J / mol
R = constante de gaz idéale = 8,3145 J / K · mol
T1 et T2 = températures absolues (en Kelvin)
k1 et k2 = les constantes de vitesse de réaction à T1 et T2
Étape 1: Conversion des températures de degrés Celsius en Kelvin
T = degrés Celsius + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Étape 2 - Trouver Eune
ln (k2/ k1) = Eune/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
ln (7,1 x 10-2/8,9 x 10-3) = Eune/8,3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = Eune/8,3145 J / K · mol x 3,76 x 10-4 K-1
2,077 = Eune(4,52 x 10-5 mol / J)
Eune = 4,59 x 104 J / mol
ou en kJ / mol, (divisez par 1000)
Eune = 45,9 kJ / mol
Répondre: L'énergie d'activation de cette réaction est de 4,59 x 104 J / mol ou 45,9 kJ / mol.
Comment utiliser un graphique pour trouver de l'énergie d'activation
Une autre façon de calculer l'énergie d'activation d'une réaction est de représenter graphiquement ln k (la constante de vitesse) en fonction de 1 / T (l'inverse de la température en Kelvin). Le tracé formera une ligne droite exprimée par l'équation:
m = - Eune/ R
où m est la pente de la ligne, Ea est l'énergie d'activation et R est la constante de gaz idéale de 8,314 J / mol-K. Si vous avez pris des mesures de température en degrés Celsius ou Fahrenheit, n'oubliez pas de les convertir en Kelvin avant de calculer 1 / T et de tracer le graphique.
Si vous deviez faire un graphique de l'énergie de la réaction en fonction de la coordonnée de la réaction, la différence entre l'énergie de la les réactifs et les produits seraient ΔH, tandis que l'excès d'énergie (la partie de la courbe au-dessus de celle des produits) serait l'activation énergie.
Gardez à l'esprit que si la plupart des vitesses de réaction augmentent avec la température, il y a des cas où la vitesse de réaction diminue avec la température. Ces réactions ont une énergie d'activation négative. Donc, même si vous devez vous attendre à ce que l'énergie d'activation soit un nombre positif, sachez qu'il est également possible qu'elle soit négative.
Qui a découvert l'énergie d'activation?
Scientifique suédois Svante Arrhenius a proposé le terme «énergie d'activation» en 1880 pour définir l'énergie minimale requise pour qu'un ensemble de réactifs chimiques interagisse et forme des produits. Dans un diagramme, l'énergie d'activation est représentée comme la hauteur d'une barrière énergétique entre deux points minimum d'énergie potentielle. Les points minimum sont les énergies des réactifs et produits stables.
Même les réactions exothermiques, telles que la combustion d'une bougie, nécessitent un apport d'énergie. En cas de combustion, une allumette allumée ou une chaleur extrême déclenche la réaction. De là, la chaleur dégagée par la réaction fournit l'énergie pour la rendre autosuffisante.