В то время как некоторые химические реакции начинаются, как только реагенты вступают в контакт, для многих других химические вещества не вступают в реакцию до тех пор, пока они не будут снабжены внешним источником энергии, который может обеспечить энергию активации. Есть несколько причин, по которым реагенты, находящиеся в непосредственной близости, могут не сразу вступать в химическую реакцию, но важно знать, для каких типов реакций требуется энергия активации, сколько энергии требуется и какие реакции протекают немедленно. Только в этом случае можно безопасно инициировать и контролировать химические реакции.
Чтобы определить энергию активации, необходимо проанализировать начало химических реакций. Такие реакции происходят, когда молекулы обмениваются электронами или когда ионы с противоположными зарядами сближаются. Чтобы молекулы обменивались электронами, связи, которые удерживают электроны в молекуле, должны быть разорваны. Что касается ионов, положительно заряженные ионы потеряли электрон. В обоих случаях для разрыва первоначальных связей требуется энергия.
Внешний источник энергии может обеспечить энергию, необходимую для вытеснения рассматриваемых электронов и позволить протекать химической реакции. Единицы энергии активации - это килоджоули, килокалории или киловатт-часы. Как только реакция происходит, она высвобождает энергию и является самоподдерживающейся. Энергия активации требуется только в начале, чтобы химическая реакция началась.
На основе этого анализа энергия активации определяется как минимальная энергия, необходимая для начала химической реакции. Когда энергия поступает к реагентам из внешнего источника, молекулы ускоряются и сталкиваются более интенсивно. Сильные столкновения выбивают электроны, и полученные атомы или ионы реагируют друг с другом, выделяя энергию и поддерживая реакцию.
Наиболее распространенный тип реакции, требующий энергии активации, включает в себя множество видов огня или возгорания. В этих реакциях кислород соединяется с материалом, содержащим углерод. Углерод имеет существующие молекулярные связи с другими элементами топлива, в то время как газообразный кислород существует в виде двух связанных вместе атомов кислорода. Углерод и кислород обычно не реагируют друг с другом, потому что существующие молекулярные связи слишком сильны, чтобы их можно было разорвать обычными столкновениями молекул. Когда внешняя энергия, такая как пламя от спички или искры, разрывает некоторые из связей, образующиеся в результате атомы кислорода и углерода реагируют, выделяя энергию и поддерживая огонь, пока в нем не закончится топливо.
Другой пример – водород и кислород, образующие взрывоопасную смесь. Если смешать водород и кислород при комнатной температуре, ничего не произойдет. И водород, и газообразный кислород состоят из молекул с двумя связанными вместе атомами. Как только некоторые из этих связей разрываются, например, искрой, происходит взрыв. Искра дает нескольким молекулам дополнительную энергию, поэтому они движутся быстрее и сталкиваются, разрывая свои связи. Некоторые атомы кислорода и водорода объединяются, образуя молекулы воды, высвобождая большое количество энергии. Эта энергия ускоряет большее количество молекул, разрывает больше связей и позволяет большему количеству атомов реагировать, что приводит к взрыву.
Энергия активации – полезное понятие, когда дело доходит до инициирования и контроля химических реакций. Если для реакции требуется энергия активации, реагенты можно безопасно хранить вместе, и соответствующая реакция не будет иметь место до тех пор, пока энергия активации не будет подана из внешнего источника. Для химических реакций, для которых не требуется энергия активации, таких как металлический натрий и вода, например, реагенты должны храниться осторожно, чтобы они случайно не вступили в контакт и не вызвали неконтролируемую реакцию.
© digitrode.ru