Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Ένας ορισμός ενέργειας ενεργοποίησης
- Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων που απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης
Ενώ ορισμένες χημικές αντιδράσεις αρχίζουν μόλις έρθουν σε επαφή τα αντιδραστήρια, για πολλά άλλα, τα χημικά δεν ανταποκρίνονται μέχρι να τροφοδοτηθούν με μια εξωτερική πηγή ενέργειας που μπορεί να παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους τα αντιδραστήρια σε κοντινή απόσταση δεν μπορούν να εμπλακούν αμέσως σε μια χημική αντίδραση, αλλά είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ποιοι τύποι αντιδράσεων απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης, πόση ενέργεια απαιτείται και ποιες αντιδράσεις προχωρούν αμέσως. Μόνο τότε οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να ξεκινήσουν και να ελεγχθούν με ασφαλή τρόπο.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη μιας χημικής αντίδρασης. Ορισμένες αντιδράσεις προχωρούν αμέσως όταν συγκεντρώνονται τα αντιδραστήρια, αλλά για πολλά άλλα, η τοποθέτηση των αντιδραστηρίων σε στενή εγγύτητα δεν αρκεί. Μία εξωτερική πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία της ενέργειας ενεργοποίησης απαιτείται για να προχωρήσει η αντίδραση.
Ένας ορισμός ενέργειας ενεργοποίησης
Για να προσδιοριστεί η ενεργότητα ενεργοποίησης, πρέπει να αναλυθεί η έναρξη χημικών αντιδράσεων. Τέτοιες αντιδράσεις συμβαίνουν όταν τα μόρια ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια ή όταν συγκεντρώνονται ιόντα με αντίθετα φορτία. Για τα μόρια που ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια, οι δεσμοί που συγκρατούν τα ηλεκτρόνια που συνδέονται με ένα μόριο πρέπει να σπάσουν. Για τα ιόντα, τα θετικά φορτισμένα ιόντα έχουν χάσει ένα ηλεκτρόνιο. Και στις δύο περιπτώσεις χρειάζεται ενέργεια για να σπάσουν οι αρχικοί δεσμοί.
Μια εξωτερική πηγή ενέργειας μπορεί να παράσχει την ενέργεια που απαιτείται για να αποσπάσει τα εν λόγω ηλεκτρόνια και να επιτρέψει τη χημική αντίδραση να προχωρήσει. Ενεργειακές μονάδες ενεργοποίησης είναι μονάδες όπως kilojoules, kilocalories ή κιλοβατώρες. Μόλις η αντίδραση βρίσκεται σε εξέλιξη, απελευθερώνει ενέργεια και είναι αυτοσυντηρούμενη. Η ενέργεια ενεργοποίησης απαιτείται μόνο στην αρχή, για να ξεκινήσει η χημική αντίδραση.
Βάσει αυτής της ανάλυσης, η ενέργεια ενεργοποίησης ορίζεται ως η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να ξεκινήσει μια χημική αντίδραση. Όταν η ενέργεια τροφοδοτείται στα αντιδραστήρια από μια εξωτερική πηγή, τα μόρια επιταχύνουν και συγκρούονται πιο βίαια. Οι βίαιες συγκρούσεις καταστρέφουν τα ηλεκτρόνια και τα προκύπτοντα άτομα ή ιόντα αντιδρούν μεταξύ τους για να απελευθερώσουν ενέργεια και να διατηρήσουν την αντίδραση.
Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων που απαιτούν ενέργεια ενεργοποίησης
Ο συνηθέστερος τύπος αντίδρασης που απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης περιλαμβάνει πολλά είδη πυρκαγιάς ή καύσης. Αυτές οι αντιδράσεις συνδυάζουν το οξυγόνο με ένα υλικό που περιέχει άνθρακα. Ο άνθρακας έχει υπάρχοντες μοριακούς δεσμούς με άλλα στοιχεία στο καύσιμο, ενώ το οξυγόνο υπάρχει ως δύο άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα μεταξύ τους. Ο άνθρακας και το οξυγόνο δεν αντιδρούν κανονικά μεταξύ τους, επειδή οι υπάρχοντες μοριακοί δεσμοί είναι πολύ ισχυροί για να σπάσουν με συνηθισμένες μοριακές συγκρούσεις. Όταν η εξωτερική ενέργεια, όπως μια φλόγα από έναν αγώνα ή ένας σπινθήρας, σπάει ορισμένους από τους δεσμούς, το προκύπτον οξυγόνο και άτομα άνθρακα αντιδρούν για να απελευθερώσουν ενέργεια και να διατηρήσουν μια φωτιά μέχρι να εξαντληθούν τα καύσιμα.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι το υδρογόνο και το οξυγόνο που σχηματίζουν ένα εκρηκτικό μίγμα. Εάν το υδρογόνο και το οξυγόνο αναμιχθούν μαζί σε θερμοκρασία δωματίου, δεν συμβαίνει τίποτα. Τόσο υδρογόνο όσο και οξυγόνο αποτελούνται από μόρια με δύο άτομα συνδεδεμένα μεταξύ τους. Μόλις σπάσουν ορισμένοι από αυτούς τους δεσμούς, για παράδειγμα με σπινθήρες, θα προκύψει έκρηξη. Η σπίθα δίνει μερικά μόρια επιπλέον ενέργειας, ώστε να κινούνται πιο γρήγορα και να συγκρούονται, σπάζοντας τους δεσμούς τους. Μερικά άτομα οξυγόνου και υδρογόνου συνδυάζονται για να σχηματίσουν μόρια νερού, απελευθερώνοντας μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ενέργεια επιταχύνει περισσότερα μόρια, σπάζοντας περισσότερους δεσμούς και επιτρέποντας σε περισσότερα άτομα να αντιδράσουν, με αποτέλεσμα την έκρηξη.
Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι μια χρήσιμη ιδέα όταν πρόκειται για την εκκίνηση και τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων. Αν μια αντίδραση απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης, τα αντιδραστήρια μπορούν να αποθηκευτούν μαζί με ασφάλεια και η αντίστοιχη αντίδραση δεν θα λάβει χώρα μέχρις ότου η ενέργεια ενεργοποίησης τροφοδοτηθεί από μια εξωτερική πηγή. Για τις χημικές αντιδράσεις που δεν χρειάζονται ενέργεια ενεργοποίησης, όπως για παράδειγμα το μεταλλικό νάτριο και το νερό, τα αντιδραστήρια πρέπει να αποθηκεύονται προσεκτικά, έτσι ώστε να μην έρχονται σε επαφή κατά λάθος και να προκαλούν ανεξέλεγκτη αντίδραση.