Aktivéierungsenergie
Eng Reaktioun ka thermodynamesch favorabel sinn an awer ganz lues verlafen. D’Aktivéierungsenergie beschreift d’kinetesch Barrière, déi d’Reaktante mussen iwwerwannen, ier si zu Produiten ëmgebaut kënne ginn.
Kinetesch Barrière an thermodynamesch Driffkraaft si verschidden
Reaktante mussen eng méi héichenergetesch Konfiguratioun erreechen, ier Bindunge passend gebrach a nei geformt kënne ginn. D’Aktivéierungsenergie Eₐ beschreift dës kinetesch Barrière.
Eng Reaktioun kann ΔG<0 hunn a praktesch net observéierbar sinn, wann d’Barrière grouss ass. Thermodynamik seet, wéi eng Richtung favorabel ass; Kinetik seet, wéi séier de System sech beweegt.
Arrhenius-Gleichung
k = A e−Eₐ/RT
ln k = ln A − Eₐ/(RT)
k ass d’Geschwindegkeetskonstant, A de preexponentielle Faktor, R d’Gaskonstant an T d’absolut Temperatur. Well T am Exponent steet, kann eng kleng Erwiermung k staark veränneren.
Eng Grafik vu ln k géint 1/T huet bei Arrhenius-Verhalen d’Steigung −Eₐ/R.
Katalysatoren a Reaktiounsmechanismen
E Katalysator hëlt un elementare Schrëtt deel a gëtt am Ganzen erëm regeneréiert. Hie kann aner Tëscheprodukter oder Iwwergangskonfiguratioune stabiliséieren an esou e Wee mat enger méi klenger héchster Barrière schafen.
Hie beschleunegt direkt an ëmgedréint Reaktioun. ΔG° an d’Gläichgewiichtskonstant bleiwen onverännert. Enzyme si selektiv, well si Substrate orientéieren a bestëmmte Ladungsverdeelunge stabiliséieren.
Iwwergangszoustand a molekular Orientatioun
Genuch Energie eleng mécht net all Kollisioun produktiv. D’Moleküle mussen och esou zesummekommen, datt d’Bindungen an déi richteg Richtung reorganiséiert kënne ginn.
Den Iwwergangszoustand ass keng normal isoléierbar Molekül, mee de Beräich mat héchster Energie laanscht eng gewielte Reaktiounskoordinat. Bei engem méistufege Mechanismus huet all Schrëtt seng eege Barrière.
Bei engem Mechanismus mat méi Schrëtt huet all elementare Schrëtt seng eege Barrière. Vun engem eenzege „vitessebestëmmende Schrëtt“ ze schwätzen ass dacks eng nëtzlech Approximatioun, mee gekoppelt Schrëtt kënnen dozou féieren, datt déi observéiert Vitesse vum ganze Mechanismus ofhänkt.
Temperatur-Sensibilitéit a Sécherheet
Bei exotherme Prozesser kann eng Erwiermung k erhéijen, d’Reaktioun beschleunegen an domat nach méi Hëtzt produzéieren. Industrieprozesser brauchen dofir Hëtztentzug, Mëschung a kinetesch Daten.
Eng Eₐ aus engem Arrhenius-Plot ass dacks nëmmen iwwer e bestëmmten Temperaturberäich effektiv. Wann de Mechanismus, d’Phas oder den Transportregime wiesselt, kann d’Linn sech änneren.
Aktivéierungsbarrièren an reale Miessungen
Zwee-Temperaturen-Method
ln(k₂/k₁) = −(Eₐ/R)(1/T₂ − 1/T₁)
Dës Form eliminéiert den onbekannte Faktor A. T muss a Kelvin agesat ginn.
Déi detailléiert Barrière ass eng fräi Energie
D’Iwwergangszoustandstheorie benotzt dacks ΔG‡. D’Vitesse-Skala ass proportional zu exp(−ΔG‡/RT), esou datt och d’Aktivéierungsentropie eng Roll spille kann.
Zwou Reaktiounsweeër mat änleche potenziellen Energiehéichten kënnen ënnerschiddlech séier sinn, wann eng Iwwergangskonfiguratioun d’Orientéierung oder d’Beweegung vill méi staark aschränkt. Dofir kann d’Aktivéierungsentropie e moossbare Bäitrag zu ΔG‡ leeschten.
Katalyse kann déi ganz Sequenz änneren
En heterogene Katalysator adsorbéiert Reaktanten, eng Säure kann Protonen transferéieren an en Enzym Substrate positionéieren. Dobäi kënnen nei Tëscheprodukter a verschidde méi kleng Barrièren entstoen.
Beispill: firwat 10 K vill ausmaache kënnen
Fir Eₐ=80 kJ mol⁻¹ gëtt d’Arrhenius-Verhältnis vu 298 K op 308 K k₂/k₁≈2,85. Eng Erhéijung ëm zéng Kelvin mécht k an dësem Beispill bal dräimol méi grouss.
Übungen
Thermodynamik géint Kinetik
Eng Reaktioun huet ΔG<0, mee et geschitt näischt Siichtbares. Eng méiglech Ursaach?
Léisung
Eng grouss Aktivéierungsbarrière kann d’Vitesse extrem kleng maachen.
Katalysator
Verännert e Katalysator ΔG°?
Léisung
Nee. Hie verännert de Wee an d’Barrière, net den Energieënnerscheed tëscht Ufank an Enn.
Arrhenius-Plot
Wat ass d’Steigung vu ln k géint 1/T?
Léisung
−Eₐ/R.