Πώς μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά η ενέργεια ενεργοποίησης μιας αντίδρασης;
Κατανόηση ενέργειας ενεργοποίησης
Η ενέργεια ενεργοποίησης (ΕΑ) είναι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που πρέπει να διαθέτουν τα μόρια αντιδραστηρίου για να υποβληθούν σε επιτυχή σύγκρουση και να σχηματίζουν προϊόντα.
Πειραματικές μέθοδοι
1. Εξίσωση Arrhenius:
* Η αρχή: Η εξίσωση Arrhenius σχετίζεται με τη σταθερά ρυθμού (k) της αντίδρασης στην ενέργεια ενεργοποίησης (ΕΑ), τη θερμοκρασία (Τ) και τον προ-εκθετικό παράγοντα (Α), που αντικατοπτρίζει τη συχνότητα των συγκρούσεων.
* Εξίσωση: k =a * exp (-ea/rt), όπου r είναι η ιδανική σταθερά αερίου.
* Διαδικασία:
* Διεξάγετε την αντίδραση σε διαφορετικές θερμοκρασίες (τουλάχιστον δύο ή τρεις).
* Μετρήστε τον ρυθμό αντίδρασης (ή τη σταθερά ρυθμού) σε κάθε θερμοκρασία.
* Σχεδιάστε τον φυσικό λογάριθμο της σταθεράς ρυθμού (LN K) έναντι της αμοιβαίας θερμοκρασίας (1/t).
* Η κλίση της προκύπτουσας γραμμής θα είναι -ΕΑ/r.
* Σημείωση: Η γραφική παράσταση του Arrhenius υποθέτει ότι ο προ-εκθετικός παράγοντας (Α) είναι σταθερός σε σχέση με το εύρος θερμοκρασίας που μελετάται.
2. Διαφορική μέθοδος:
* Η αρχή: Αυτή η μέθοδος μετρά άμεσα τον ρυθμό της αντίδρασης σε διαφορετικές θερμοκρασίες και χρησιμοποιεί τη διαφορική μορφή της εξίσωσης Arrhenius.
* Διαδικασία:
* Προσδιορίστε τον ρυθμό αντίδρασης σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες (Τ1 και Τ2).
* Χρησιμοποιήστε τη διαφορική μορφή της εξίσωσης Arrhenius:
ln (k2/k1) =(ea/r) * (1/t1 - 1/t2)
* Επίλυση για ΕΑ, δεδομένης της σταθερής ρυθμού (K1 και K2) και των θερμοκρασιών (Τ1 και Τ2).
Πρόσθετα σημεία
* Επιλογή της μεθόδου: Το οικόπεδο Arrhenius προτιμάται γενικά επειδή παρέχει μια πιο αξιόπιστη τιμή για την ΕΑ, ειδικά όταν το εύρος θερμοκρασίας είναι μεγάλο.
* συνθήκες αντίδρασης: Διατηρήστε τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων, της πίεσης και οποιωνδήποτε άλλων παραγόντων που επηρεάζουν τη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης.
* Ανάλυση σφαλμάτων: Να είστε ενήμεροι για πιθανές πηγές σφάλματος στις μετρήσεις σας, όπως διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ή αβεβαιότητες στις μετρήσεις του ρυθμού αντίδρασης.
Παράδειγμα
Ας υποθέσουμε ότι μετράτε τη σταθερά ταχύτητας μιας αντίδρασης στους 25 ° C (298 K) να είναι 1,5 x 10^-3 s^-1 και στους 35 ° C (308 K) να είναι 3,0 x 10^-3 s^-1. Χρησιμοποιώντας τη διαφορική μέθοδο, μπορείτε να υπολογίσετε την ενέργεια ενεργοποίησης:
(1/298 K-1/308 K)
Επίλυση για EA, παίρνετε περίπου 53,6 kJ/mol.
Θυμηθείτε: Πάντα να τεκμηριώσετε προσεκτικά την πειραματική σας ρύθμιση, τις μετρήσεις και τους υπολογισμούς για να εξασφαλίσετε την αναπαραγωγιμότητα και τη σαφήνεια.
