Vật lý hóa

Năng lượng hoạt hóa và Arrhenius

Năng lượng hoạt hóa là rào cản năng lượng động học; phương trình Arrhenius mô tả mạnh mẽ sự tăng tốc độ khi nhiệt độ tăng.

Hằng số tốc độ phụ thuộc nhiệt độ theo $k=Ae^{-E_a/(RT)}$ . Đồ thị ln k theo 1/T gần đường thẳng có độ dốc $-E_a/R$ .

Mô hình và đại lượng

Quan hệ cần được đọc cùng giả thiết về trạng thái, điều kiện thực nghiệm và quy ước dấu. Khi thay số, giữ nhất quán đơn vị và kiểm tra thứ nguyên trước khi diễn giải kết quả.

k=Ae^{-E_a/(RT)}

Định nghĩa: Năng lượng hoạt hóa

E_a là năng lượng tối thiểu hiệu dụng để phân tử đi tới vùng cấu hình phản ứng; A là hệ số tiền hàm mũ, R hằng số khí và T nhiệt độ tuyệt đối. Mô hình coi các đại lượng này gần như ổn định trong khoảng T xét.

Các đại lượng trong hệ thức được xác định theo phản ứng hoặc hệ đang xét. Đặc biệt phân biệt đại lượng chuẩn với trạng thái thực và không suy ra cơ chế chỉ từ một biểu thức tổng quát.

Ví dụ: Ví dụ có lời giải

Một phản ứng có E_a=50 kJ/mol. Ước lượng tỉ số k(310 K)/k(290 K), bỏ qua biến đổi A và lấy R=8,314 J/(mol·K).

Lời giải

Tỉ số $\exp[(E_a/R)(1/290-1/310)]$ ≈ exp(1,35) ≈ 3,9. Tăng 20 K gần làm tốc độ tăng bốn lần trong mô hình này.

Tóm tắt khái niệm
Khái niệm	Diễn giải	Đơn vị / ghi chú
Hệ thức trọng tâm	Dùng trong điều kiện đã nêu	Kiểm tra đơn vị và quy ước dấu
Đại lượng đo	Liên hệ trạng thái hoặc quá trình	So sánh dữ kiện với mô hình
Phạm vi	Mô hình hóa điều kiện cụ thể	Kiểm tra giả thiết trước áp dụng

Xúc tác thường làm giảm rào cản hiệu dụng bằng một cơ chế khác, nhưng không đổi cân bằng nhiệt động. Hệ số A gộp tần suất và yếu tố định hướng trong mô hình đơn giản.

Theo ví dụ trên, kết quả nào được suy ra từ dữ kiện đã cho?

Phát biểu nào phù hợp với nội dung bài?

Tài liệu tham khảo

Peter Atkins, Julio de Paula (2014). Physical Chemistry