Jeśli widzisz tę wiadomość oznacza to, że mamy problemy z załadowaniem zewnętrznych materiałów na naszej stronie internetowej.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Główna zawartość

Energia aktywacji

Energia aktywacji, stan przejściowy, szybkość reakcji. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.

Wprowadzenie

Wyobraź sobie, że budzisz się w dniu, w którym masz zaplanowanych mnóstwo przyjemnych rzeczy. Czy kiedykolwiek zdarzyło Ci się, że pomimo ekscytującego dnia, który właśnie nadchodzi, musisz zebrać dodatkową energię, aby wyjść z łóżka? Gdy już wstaniesz, możesz czerpać przyjemność przez resztę dnia, ale na początku musisz wykonać pewien wysiłek, aby osiągnąć ten punkt.
Energia aktywacji reakcji chemicznej jest w pewnym sensie wysiłkiem, który trzeba wykonać, aby wyjść z łóżka. Nawet reakcje uwalniające energię (egzoenergetyczne) wymagają dostarczenia pewnej ilości energii, aby zajść, zanim będą mogły przejść do etapów uwalniania energii. Ten początkowy wkład energii, który jest później zwracany wraz z postępem reakcji, nazywany jest energią aktywacji, w skrócie EA.

Energia aktywacji

Dlaczego reakcja uwalniająca energię z ujemnym ∆G potrzebuje energii, aby zajść? Aby to zrozumieć, musimy przyjrzeć się, co faktycznie dzieje się z cząsteczkami reagentów podczas reakcji chemicznej. Aby reakcja zachodziła, niektóre lub wszystkie wiązania chemiczne w substratach muszą zostać zerwane, aby mogły powstać nowe wiązania produktów. Aby doprowadzić wiązania do stanu, który pozwala im się zerwać, cząsteczka musi być wykrzywiona (zdeformowana lub zgięta) do niestabilnego stanu zwanego stanem przejściowym. Stan przejściowy jest stanem wysokoenergetycznym i pewna ilość energii - energia aktywacji - musi zostać dostarczona, aby cząsteczka osiągnęła go. Ponieważ stan przejściowy jest niestabilny, cząsteczki substratów nie pozostają w nim długo, ale szybko przechodzą do następnego etapu reakcji chemicznej.
Ogólnie rzecz biorąc, stan przejściowy reakcji jest zawsze na wyższym poziomie energii niż substraty lub produkty, tak że EA zawsze ma wartość dodatnią - niezależnie od tego, czy reakcja jest endoenergetyczna czy egzoenergetyczna. Energia aktywacji przedstawiona na poniższym diagramie odnosi się do reakcji do przodu (substraty produkty), która jest egzoenergetyczna. Gdyby reakcja przebiegała w odwrotnym kierunku (endoenergetycznym), stan przejściowy pozostałby taki sam, ale energia aktywacji byłaby większa. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki produktu mają niższą energię i dlatego potrzebują dostarczenia większej ilości energii, aby osiągnąć stan przejściowy na szczycie „wzgórza” reakcji (strzałka energii aktywacji dla reakcji odwrotnej rozciągałaby się od produktów aż do stanu przejściowego.)
Obraz zmodyfikowany z OpenStax Biology.
Źródłem energii aktywacji jest zazwyczaj ciepło - cząsteczki substratów absorbują energię cieplną z otoczenia. Ta energia cieplna przyspiesza ruch cząsteczek substratów, zwiększając częstotliwość i siłę ich zderzeń, a także przestawia atomy i wiązania w poszczególnych cząsteczkach, co sprawia, że wiązania pękają. Gdy cząsteczka substratu przyjmie wystarczającą ilość energii do osiągnięcia stanu przejściowego, może przejść przez pozostałą część reakcji.

Energia aktywacji i szybkość reakcji

Energia aktywacji reakcji chemicznej jest ściśle związana z jej szybkością. Im wyższa energia aktywacji, tym wolniejsza będzie reakcja chemiczna. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki mogą wziąć udział w reakcji dopiero po osiągnięciu górnej bariery energii aktywacji. Im wyższa jest bariera, tym mniej cząsteczek będzie miało wystarczającą ilość energii, aby w danej chwili móc wziąć udział w reakcji.
Wiele reakcji ma tak wysokie energie aktywacji, że zasadniczo nie zachodzą wcale bez dostarczenia do nich energii z zewnątrz. Na przykład spalanie paliwa takiego jak propan uwalnia energię, ale szybkość reakcji jest w rzeczywistości zerowa w temperaturze pokojowej. (Żeby było jasne, jest to dobra rzecz - nie byłoby to wcale świetne, gdyby pojemniki z propanem spontanicznie spaliły się na półce!) Gdy iskra dostarczy wystarczającą ilość energii, aby część cząsteczek uzyskało energię nad barierą energii aktywacji, cząsteczki te zapoczątkują reakcję, uwalniając energię. Uwolniona energia pomaga również innym cząsteczkom paliwa przedostać się ponad barierę energetyczną, prowadząc do reakcji łańcuchowej.
Większość reakcji chemicznych zachodzących w komórkach przebiega podobnie jak w przykładzie spalania węglowodorów: energia aktywacji jest zbyt wysoka, aby reakcje przebiegały w temperaturze otoczenia. Na początku wydaje się to problemem; w końcu nie możesz rozpalić iskry wewnątrz komórki, nie powodując obrażeń. Na szczęście możliwe jest obniżenie energii aktywacji reakcji, a tym samym zwiększenie szybkości reakcji. Proces przyspieszania reakcji poprzez zmniejszenie jej energii aktywacji jest znany jako kataliza, a czynnik dodawany w celu obniżenia energii aktywacji nazywany jest katalizatorem. Katalizatory biologiczne są znane jako enzymy i omówimy je szczegółowo w następnej sekcji.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.