Năng lượng hoạt hoá của phản ứng là gì

Năng lượng hoạt hóa là một tham số quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực hóa học, và nó giúp chúng ta hiểu cơ chế của các phản ứng và tốc độ của chúng. Trong bài viết này, Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa sẽ khám phá công thức tính năng lượng hoạt hóa, một khái niệm quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học và công nghiệp.

Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa

MỤC LỤC

1. Công thức tính năng lượng hoạt hóa

1.1. Công thức tính

Công thức tính năng lượng hoạt hóa thường được gọi là công thức Arrhenius. Đây là công thức được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ của một phản ứng hóa học. Công thức Arrhenius được biểu diễn như sau:

• k = A * e^(-Ea / (RT))

Trong đó:

• k là tốc độ phản ứng (thường là moles/lít/giây hoặc các đơn vị tương tự).
• A là hệ số tốc độ, còn được gọi là hệ số Arrhenius. Đây là một hằng số đo lường tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tham chiếu (thường là 25°C hoặc 298 K).
• Ea là năng lượng hoạt hóa của phản ứng, đơn vị là joules/mol.
• R là hằng số khí lý tưởng (được biểu diễn dưới dạng J/(mol·K)).
• T là nhiệt độ tuyệt đối (K).

1.2. Ví dụ về công thức tính năng lượng hoạt hóa

Giả sử chúng ta có dữ liệu về tốc độ phản ứng của một phản ứng hóa học ở hai nhiệt độ khác nhau:

• Ở nhiệt độ 25°C (298 K), tốc độ phản ứng (k₁) là 0.005 M/s.
• Ở nhiệt độ 35°C (308 K), tốc độ phản ứng (k₂) là 0.02 M/s.

Chúng ta muốn tính năng lượng hoạt hóa (Ea) của phản ứng này. Để làm điều này, chúng ta sẽ sử dụng công thức Arrhenius:

• k = A * e^(-Ea / (RT))

Trước tiên, chúng ta cần xác định giá trị của hằng số Arrhenius (A). Để làm điều này, chúng ta có thể sử dụng dữ liệu ở nhiệt độ 25°C:

• k₁ = A * e^(-Ea / (RT₁))

Với T₁ = 298 K và k₁ = 0.005 M/s. Chúng ta có thể giải phương trình này để tìm giá trị A.

• 0.005 M/s = A * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 298 K))
• 0.005 M/s = A * e^(-Ea / 2481.272 J/mol)
• A = 0.005 M/s / e^(-Ea / 2481.272 J/mol)

Tiếp theo, chúng ta sử dụng giá trị A để tính năng lượng hoạt hóa (Ea) ở nhiệt độ 35°C:

• k₂ = A * e^(-Ea / (RT₂))

Với T₂ = 308 K và k₂ = 0.02 M/s. Giải phương trình này để tính toán Ea.

• 0.02 M/s = A * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 308 K))
• 0.02 M/s = A * e^(-Ea / 2535.592 J/mol)
• Ea = -2535.592 J/mol * ln(0.02 M/s / A)

Sau khi tính toán giá trị của A và Ea, chúng ta sẽ biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học này.

2. Lưu ý khi làm công thức tính năng lượng hoạt hóa

• Biết rõ các biến và đơn vị: Đảm bảo bạn biết rõ các biến trong công thức Arrhenius và đơn vị của chúng. Ví dụ: nhiệt độ (T) phải được biểu diễn ở dạng Kelvin (K), năng lượng hoạt hóa (Ea) trong joules (J), hằng số khí lý tưởng (R) thường được sử dụng với giá trị 8.314 J/(mol·K).
• Sử dụng dữ liệu đúng: Dữ liệu về tốc độ phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau cần được xác định một cách chính xác.
• Chọn nhiệt độ tham chiếu (T₀): Thường, nhiệt độ tham chiếu là 25°C hoặc 298 K. Tại nhiệt độ này, hệ số tốc độ (A) thường được chọn để làm cho tích e^(-Ea / (RT₀)) bằng 1, để đơn giản hóa tính toán. Tuy nhiên, bạn có thể chọn nhiệt độ tham chiếu khác nếu cần.
• Tính toán hằng số Arrhenius (A) trước: Sử dụng dữ liệu ở nhiệt độ tham chiếu để tính toán hằng số tốc độ Arrhenius (A) trước khi bạn có thể tính Ea.

3. Một số bài tập tính có lời giải về công thức tính năng lượng hoạt hóa

Bài tập 1: Một phản ứng hóa học có tốc độ 0.02 M/s ở 25°C (298 K) và tốc độ 0.08 M/s ở 50°C (323 K). Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng này.

Lời giải 1:

Chúng ta có hai bộ dữ liệu về tốc độ phản ứng ở hai nhiệt độ khác nhau. Ta sẽ sử dụng công thức Arrhenius để tính Ea.

Đầu tiên, chúng ta cần tính toán hệ số tốc độ (A) ở nhiệt độ tham chiếu (25°C = 298 K). Chúng ta biết tốc độ ở nhiệt độ này (k₁) là 0.02 M/s.

• 0.02 M/s = A * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 298 K))
• A = 0.02 M/s / e^(-Ea / 2481.272 J/mol)
• A ≈ 0.00256 M/s

Tiếp theo, chúng ta sử dụng giá trị A để tính Ea ở nhiệt độ 50°C (323 K) khi tốc độ (k₂) là 0.08 M/s.

• 0.08 M/s = 0.00256 M/s * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 323 K))
• e^(-Ea / 2632.922 J/mol) = 31.25

Giải phương trình này để tính Ea:

• -Ea / 2632.922 J/mol = ln(31.25)
• Ea ≈ -2632.922 J/mol * ln(31.25)
• Ea ≈ 20676.74 J/mol

Vậy, năng lượng hoạt hóa (Ea) của phản ứng này là khoảng 20.68 kJ/mol.

Bài tập 2: Một phản ứng hóa học diễn ra ở hai nhiệt độ khác nhau: 25°C (298 K) và 45°C (318 K). Ở 25°C, tốc độ phản ứng là 0.01 M/s, và ở 45°C, tốc độ phản ứng là 0.03 M/s. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng này.

Lời giải 2:

Chúng ta có dữ liệu tốc độ phản ứng ở hai nhiệt độ khác nhau và muốn tính Ea.

Đầu tiên, tính toán hệ số tốc độ (A) ở nhiệt độ tham chiếu (25°C = 298 K) khi tốc độ (k₁) là 0.01 M/s.

• 0.01 M/s = A * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 298 K))
• A = 0.01 M/s / e^(-Ea / 2481.272 J/mol)
• A ≈ 0.00127 M/s

Tiếp theo, sử dụng giá trị A để tính Ea ở nhiệt độ 45°C (318 K) khi tốc độ (k₂) là 0.03 M/s.

• 0.03 M/s = 0.00127 M/s * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 318 K))
• e^(-Ea / 2534.152 J/mol) = 23.62

Giải phương trình này để tính Ea:

• -Ea / 2534.152 J/mol = ln(23.62)
• Ea ≈ -2534.152 J/mol * ln(23.62)
• Ea ≈ 18173.74 J/mol

Vậy, năng lượng hoạt hóa (Ea) của phản ứng này là khoảng 18.17 kJ/mol.

Bài tập 3: Một phản ứng hóa học có tốc độ 0.005 M/s ở 30°C (303 K) và tốc độ 0.015 M/s ở 60°C (333 K). Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng này.

Lời giải 3:

Chúng ta có dữ liệu tốc độ phản ứng ở hai nhiệt độ khác nhau và muốn tính Ea.

Bắt đầu tính toán hệ số tốc độ (A) ở nhiệt độ tham chiếu (25°C = 298 K) khi tốc độ (k₁) là 0.005 M/s.

• 0.005 M/s = A * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 303 K))
• A = 0.005 M/s / e^(-Ea / 2511.642 J/mol)
• A ≈ 0.00056 M/s

Sử dụng giá trị A này để tính Ea ở nhiệt độ 60°C (333 K) khi tốc độ (k₂) là 0.015 M/s.

• 0.015 M/s = 0.00056 M/s * e^(-Ea / (8.314 J/(mol·K) * 333 K))
• e^(-Ea / 2778.642 J/mol) = 26.79

Giải phương trình này để tính Ea:

• -Ea / 2778.642 J/mol = ln(26.79)
• Ea ≈ -2778.642 J/mol * ln(26.79)
• Ea ≈ 20659.84 J/mol

Vậy, năng lượng hoạt hóa (Ea) của phản ứng này là khoảng 20.66 kJ/mol.

Hy vọng những thông tin trên sẽ mang lại cho bạn nhiều kiến thức hữu ích. Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa sẽ sẵn sàng hỗ trợ bạn trong việc áp dụng công thức tính năng lượng hoạt hóa. Gọi ngay cho HOTLINE 1900 2276 nhé!

Thế nào là năng lượng hoạt hóa của phản ứng?

Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu mà chất phản ứng cẩn phải có để phản ứng có thể xảy ra. Lời giải chi tiết: Năng lượng hoạt hóa càng giảm thì số va chạm hiệu quả càng giảm và khả năng xảy ra phản ứng của chất tham gia càng giảm.

Chất xúc tác làm thay đổi năng lượng hoạt hóa của một phản ứng như thế nào?

Một chất xúc tác có thể làm giảm năng lượng kích hoạt bằng cách hình thành trạng thái chuyển tiếp theo cách thuận lợi hơn. Các chất xúc tác, về bản chất, tạo ra sự phù hợp "thoải mái" hơn cho chất nền của phản ứng để tiến tới trạng thái chuyển tiếp.

Năng lượng hoạt hóa có đơn vị là gì?

Năng lượng hoạt hóa được ký hiệu là E a and thông thường có đơn vị chức năng là kilojoules trên mol (kJ / mol) hoặc kilocalories trên mol (kcal / mol).

Năng lượng cho hoạt động là gì?

Ngoài ra, năng lượng để hoạt động là loại được sử dụng cho các hoạt động như làm việc và chơi thể thao. Đối với phụ nữ trưởng thành sử dụng khoảng 2.000 kcal mỗi ngày, năng lượng để hoạt động là 850~900 kcal.