Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Een definitie van activeringsenergie
- Voorbeelden van chemische reacties die activeringsenergie vereisen
Terwijl sommige chemische reacties beginnen zodra de reactanten in contact komen, reageren de chemicaliën voor vele anderen pas nadat ze zijn voorzien van een externe energiebron die de activeringsenergie kan leveren. Er zijn verschillende redenen waarom reagentia in de directe nabijheid mogelijk niet onmiddellijk een chemische reactie aangaan, maar het is belangrijk om te weten welke soorten reacties activeringsenergie vereisen, hoeveel energie vereist is en welke reacties onmiddellijk verlopen. Alleen dan kunnen chemische reacties op een veilige manier worden geïnitieerd en beheerst.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Activeringsenergie is de energie die nodig is om een chemische reactie te starten. Sommige reacties vinden onmiddellijk plaats wanneer de reagentia samen worden gebracht, maar voor vele anderen is het niet voldoende om de reagentia in de directe nabijheid te plaatsen. Een externe energiebron om de activeringsenergie te leveren is vereist om de reactie te laten verlopen.
Een definitie van activeringsenergie
Om activeringsenergie te definiëren, moet de initiatie van chemische reacties worden geanalyseerd. Dergelijke reacties treden op wanneer moleculen elektronen uitwisselen of wanneer ionen met tegengestelde ladingen bij elkaar worden gebracht. Voor moleculen om elektronen uit te wisselen, moeten de bindingen die de elektronen aan een molecuul gebonden houden worden verbroken. Voor ionen hebben de positief geladen ionen een elektron verloren. In beide gevallen is energie nodig om de initiële banden te verbreken.
Een externe energiebron kan de energie leveren die nodig is om de elektronen in kwestie los te maken en de chemische reactie te laten doorgaan. Activeringsenergie-eenheden zijn eenheden zoals kilojoule, kilocalorieën of kilowattuur. Zodra de reactie aan de gang is, geeft deze energie af en is zelfvoorzienend. De activeringsenergie is alleen aan het begin nodig om de chemische reactie te laten beginnen.
Op basis van deze analyse wordt activeringsenergie gedefinieerd als de minimale energie die nodig is om een chemische reactie te starten. Wanneer energie wordt geleverd aan reactanten van een externe bron, versnellen de moleculen en botsen ze gewelddadiger. De gewelddadige botsingen slaan elektronen vrij, en de resulterende atomen of ionen reageren met elkaar om energie vrij te maken en de reactie gaande te houden.
Voorbeelden van chemische reacties die activeringsenergie vereisen
Het meest voorkomende type reactie dat activeringsenergie vereist, omvat vele soorten brand of verbranding. Deze reacties combineren zuurstof met een materiaal dat koolstof bevat. De koolstof heeft bestaande moleculaire bindingen met andere elementen in de brandstof, terwijl zuurstofgas bestaat als twee aan elkaar gebonden zuurstofatomen. De koolstof en zuurstof reageren normaal niet met elkaar omdat de bestaande moleculaire bindingen te sterk zijn om te worden verbroken door gewone moleculaire botsingen. Wanneer externe energie, zoals een vlam van een lucifer of een vonk, sommige van de bindingen verbreekt, reageren de resulterende zuurstof- en koolstofatomen om energie vrij te maken en een vuur aan te houden totdat het zonder brandstof komt te zitten.
Een ander voorbeeld is waterstof en zuurstof die een explosief mengsel vormen. Als waterstof en zuurstof bij kamertemperatuur worden gemengd, gebeurt er niets. Zowel waterstof als zuurstofgas bestaan uit moleculen met twee aan elkaar gebonden atomen. Zodra sommige van deze obligaties worden verbroken, bijvoorbeeld door een vonk, ontstaat een explosie. De vonk geeft een paar moleculen extra energie zodat ze sneller bewegen en botsen en hun banden verbreken. Sommige zuurstof- en waterstofatomen vormen samen watermoleculen waardoor een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Deze energie versnelt meer moleculen, breekt meer bindingen en laat meer atomen reageren, wat resulteert in de explosie.
Activeringsenergie is een nuttig concept als het gaat om het initiëren en beheersen van chemische reacties. Als een reactie activeringsenergie vereist, kunnen de reactanten veilig samen worden opgeslagen en zal de overeenkomstige reactie niet plaatsvinden totdat de activeringsenergie wordt geleverd door een externe bron. Voor chemische reacties die geen activeringsenergie nodig hebben, zoals bijvoorbeeld metallisch natrium en water, moeten de reagentia zorgvuldig worden opgeslagen zodat ze niet per ongeluk in contact komen en een ongecontroleerde reactie veroorzaken.