Энергия активации

Разберём на примере реакции между газообразным водородом и йодом

Вот у нас двухатомная молекула газообразного водорода H — H и йода I — I

Соединяем и получаем йодоводород HI:

H₂ (г) + I₂ (г) → 2HI

Неужели всё так просто?

Конечно же нет. Нужно время, чтобы молекулы газов

•столкнулись друг с другом

•разорвали существующие связи

•образовали новые связи

В §1 я уже говорила, что раздел химии изучающий закономерности протекания реакций во времени, называется химическая кинетика. С помощью неё давайте постараемся понять как соединяются газообразный водород и йод.

Пусть у нас много молекул газа водорода и йода, молекулы которых постоянно движутся в разных направлениях, сталкиваясь друг с другом. Чтобы образовалась молекула йодистого водорода молекулы сталкиваются определённым образом. Вот на рисунке внизу молекула йода сталкивается с молекулой водорода. И если у йода будет достаточно энергии, то реакция перейдёт к следующему этапу.

В принципе у электронов молекулы водорода всё отлично, они сформировали стабильную конфигурацию (1s²). Но вот к водороду подходит более электроотрицательный йод, в связи с постоянным движением. И вот он уже так близко, что электроны водорода начинают притягиваться к йоду. Ну точнее они ещё в раздумьях, либо остаться с водородом, либо уйти к йоду. Туды сюды — переходное такое состояние. В общем, электроны пытаются перераспределиться. И такое состояние называется — активированный комплекс.

Этот активированный комплекс ещё изображают вот так:

И это — высокоэнергетическое состояние

Ведь чтобы электронам перейти из одной связи в другую или вернуться обратно (неважно), им нужно перейти в высокоэнергетическое состояние — менее стабильное чем то, в котором они были до этого (со стабильными конфигурациями).

То есть. У нас исходные вещества — водород и йод. И если им передаётся достаточное количество кинетической энергии и они в нужном положении сошлись в пространстве, то они переходят в активированный комплекс (высокоэнергетическое состояние, где электроны перераспределяются). А затем они переходят в состояние самой низкой энергии и получается — йодистый водород.

Картинкой

Следовательно, чтобы дойти до самого низкого энергетического состояния, нужно пройти высокоэнергетическое. То есть образовать активированный комплекс с достаточной энергией, чтобы электроны могли решить, что им делать дальше. Получается системе потребовалась дополнительная энергия, чтобы исходные вещества перевелись в активированный комплекс. Так вот разница между уровнем энергии в начале (когда у нас были исходные продукты H₂ и I₂), и уровнем энергии в активированном состоянии (когда получился активированный комплекс) и есть — энергия активации (Ea).

Изобразим это с помощью диаграммы:

Ещё раз

Поэтому молекулы водорода и йода так просто не образуют йодоводород. Для начала им нужно пройти энергетический барьер (энергию активации).

Получается чем больше энергия активации (энергетический барьер), тем медленнее идёт реакция. Как снизить энергию активации? Какие факторы на неё влияют? Об этом в §2.

Кстати, термин «энергия активации» введён Сванте Августом Аррениусом в 1889. Типичное обозначение энергии активации: Ea.

🧩Задание для квеста
Кому Сванте Август Аррениус помешал получить нобелевскую премию? Ответ напишите в сообщения сообщества!

______________________________________________________________________________________

§1 Скорость химической реакции: https://vk.com/@chemistrynaeasy-skorost-him-reakcii

§2 Факторы влияющие на скорость химической реакции: https://vk.com/@chemistrynaeasy-go-i-ge

§3 Лимитирующая стадия, молекулярность и порядок реакции: https://vk.com/@chemistrynaeasy-3-molekulyarnost-i-poryadok-reakcii

Прямой эфир по 20 типу заданий ЕГЭ «Скорость реакции, её зависимость от различных факторов». Чисто практика. Рекомендуется к просмотру после прочтения первых двух параграфов: https://vk.com/video-173827312_456239122