Energia de ativação é a quantidade de energia que precisa ser fornecida para que uma reação química prossiga. O exemplo de problema abaixo demonstra como determinar a energia de ativação de uma reação a partir de constantes da taxa de reação a diferentes temperaturas.
Problema de energia de ativação
Uma reação de segunda ordem foi observada. o taxa de reação constante a três graus Celsius foi de 8,9 x 10-3 L / mol e 7,1 x 10-2 L / mol a 35 graus Celsius. Qual é a energia de ativação dessa reação?
Solução
o energia de ativação pode ser determinado usando a equação:
ln (k2/ k1) = Euma/ R x (1 / T1 - 1 / T2)
Onde
Euma = energia de ativação da reação em J / mol
R = constante de gás ideal = 8,3145 J / K · mol
T1 e T2 = temperaturas absolutas (em Kelvin)
k1 ek2 = as constantes da taxa de reação em T1 e T2
Passo 1: Converter temperaturas de graus Celsius em Kelvin
T = graus Celsius + 273,15
T1 = 3 + 273.15
T1 = 276,15 K
T2 = 35 + 273.15
T2 = 308,15 Kelvin
Passo 2 - Encontre Euma
ln (k2/ k1) = Euma/ R x (1 / T
ln (7,1 x 10-2/8,9 x 10-3) = Euma/8.3145 J / K · mol x (1 / 276,15 K - 1 / 308,15 K)
ln (7,98) = Euma/8.3145 J / K · mol x 3.76 x 10-4 K-1
2.077 = Euma(4,52 x 10-5 mol / J)
Euma = 4,59 x 104 J / mol
ou em kJ / mol (dividir por 1000)
Euma = 45,9 kJ / mol
Responda: A energia de ativação para esta reação é 4,59 x 104 J / mol ou 45,9 kJ / mol.
Como usar um gráfico para encontrar energia de ativação
Outra maneira de calcular a energia de ativação de uma reação é representar graficamente ln k (a constante da taxa) versus 1 / T (o inverso da temperatura em Kelvin). O gráfico formará uma linha reta expressa pela equação:
m = - Euma/ R
onde m é a inclinação da linha, Ea é a energia de ativação e R é a constante ideal de gás de 8,314 J / mol-K. Se você fez medições de temperatura em graus Celsius ou Fahrenheit, lembre-se de convertê-las em Kelvin antes de calcular 1 / T e plotar o gráfico.
Se você fizer um gráfico da energia da reação versus a coordenada da reação, a diferença entre a energia da reação reagentes e os produtos seriam ΔH, enquanto o excesso de energia (a parte da curva acima da dos produtos) seria a ativação energia.
Lembre-se de que, enquanto a maioria das taxas de reação aumenta com a temperatura, há alguns casos em que a taxa de reação diminui com a temperatura. Essas reações têm energia de ativação negativa. Portanto, embora você deva esperar que a energia de ativação seja um número positivo, saiba que também é possível que ela seja negativa.
Quem descobriu a energia de ativação?
Cientista sueco Svante Arrhenius propôs o termo "energia de ativação" em 1880 para definir a energia mínima necessária para um conjunto de reagentes químicos interagir e formar produtos. Em um diagrama, a energia de ativação é representada graficamente como a altura de uma barreira de energia entre dois pontos mínimos de energia potencial. Os pontos mínimos são as energias dos reagentes e produtos estáveis.
Mesmo reações exotérmicas, como queimar uma vela, requerem entrada de energia. No caso de combustão, uma partida acesa ou calor extremo inicia a reação. A partir daí, o calor evoluído a partir da reação fornece a energia para torná-la auto-sustentável.