How do you calculate energy of activation in catalysis?

1. Arrhenius Equation:

Dette er den mest almindelige metode og involverer at studere reaktionshastigheder ved forskellige temperaturer. Arrhenius -ligningen er:

k =a * exp (-ea/rt)

Hvor:

* k is the rate constant of the reaction

* a is the pre-exponential factor (frequency factor)

* ea er aktiveringsenergien

* r er den ideelle gaskonstant (8.314 j/mol · k)

* t er den absolutte temperatur i Kelvin

For at beregne EA ved hjælp af Arrhenius -ligningen skal du:

* Mål hastighedskonstanten (k) ved to eller flere forskellige temperaturer.

* plot ln (k) versus 1/t. Dette giver dig en lige linje med en hældning af -a/r.

* Beregn hældningen af ​​linjen og multiplicer den med -r for at få ea.

2. Eyring ligning (overgangstilstand teori):

Denne metode er mere kompleks, men kan give en mere nøjagtig værdi for EA. Det vedrører hastighedskonstanten til Gibbs frie aktiveringsenergi (ΔG ‡):

k =(k_b * t/h) * exp (-Δg ‡/rt)

Hvor:

* k_b er Boltzmann konstant

* h is the Planck constant

* ΔG‡ is the Gibbs free energy of activation

At beregne EA ved hjælp af Eyring -ligningen:

* Bestem Gibbs -frie aktiveringsenergi (ΔG ‡) ved hjælp af eksperimentelle data.

* Brug ligningen ΔG ‡ =ΔH ‡ - TΔS ‡ til at beregne entalpien af ​​aktivering (ΔH ‡).

* ea =ΔH ‡ + rt.

3. Computational methods:

Avancerede beregningskemiske metoder kan bruges til at beregne aktiveringsenergien, især for komplekse reaktioner. Disse metoder involverer:

* Kvantemekaniske beregninger: These methods provide highly accurate values for Ea.

* Molekylær dynamik Simuleringer: Disse metoder simulerer bevægelsen af ​​atomer og molekyler, så du kan få information om reaktionsvejen og aktiveringsenergien.

nøglepunkter at huske:

* katalysatorer sænker aktiveringsenergien i en reaktion, men de ændrer ikke ligevægtskonstanten. Dette betyder, at de fremskynder reaktionshastigheden, men påvirker ikke de endelige mængder reaktanter og produkter i ligevægt.

* Aktiveringsenergiværdier udtrykkes typisk i enheder af joule pr. mol (J/mol) eller kilojoules pr. Mol (KJ/mol).

Valg af den rigtige metode:

Valget af metode afhænger af de tilgængelige eksperimentelle data, kompleksiteten af ​​reaktionen og det ønskede nøjagtighedsniveau. The Arrhenius equation is suitable for simple reactions with readily available rate constant data. Eyring -ligningen er mere præcis, men kræver yderligere oplysninger om overgangstilstanden. Beregningsmetoder tilbyder høj nøjagtighed, men kræver specialiseret software og ekspertise.