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L’énergie d’activation est la quantité d’énergie qui doit être fournie pour qu’une réaction chimique puisse avoir lieu. L’exemple de problème ci-dessous montre comment déterminer l’énergie d’activation d’une réaction à partir de constantes de vitesse de réaction à différentes températures.
Problème d’énergie d’activation
Une réaction de second ordre a été observée. La constante de la vitesse de réaction à trois degrés Celsius était de 8,9 x 10-3 L/mol et de 7,1 x 10-2 L/mol à 35 degrés Celsius. Quelle est l’énergie d’activation de cette réaction ?
Solution
L’énergie d’activation peut être déterminée en utilisant l’équation:ln(k2/k1) = Ea/R x (1/T1 – 1/T2)oùEa = l’énergie d’activation de la réaction en J/molR = la constante de gaz idéale = 8,3145 J/K-molT1 et T2 = les températures absolues (en Kelvin)k1 et k2 = les constantes de vitesse de réaction à T1 et T2
Étape 1 : Conversion des températures de degrés Celsius en KelvinT = degrés Celsius + 273,15T1 = 3 + 273,15T1 = 276,15 KT2 = 35 + 273,15T2 = 308,15 Kelvin
Étape 2 – Trouver Ealn(k2/k1) = Ea/R x (1/T1 – 1/T2)ln(7,1 x 10-2/8,9 x 10-3) = Ea/8,3145 J/K-mol x (1/276,15 K – 1/308,15 K)ln(7,98) = Ea/8.3145 J/K-mol x 3,76 x 10-4 K-12,077 = Ea(4,52 x 10-5 mol/J)Ea = 4,59 x 104 J/molor en kJ/mol, (diviser par 1000)Ea = 45,9 kJ/mol
Répondez : L’énergie d’activation pour cette réaction est de 4,59 x 104 J/mol ou 45,9 kJ/mol.
Comment utiliser un graphique pour trouver l’énergie d’activation
Une autre façon de calculer l’énergie d’activation d’une réaction est de représenter graphiquement ln k (la constante de vitesse) en fonction de 1/T (l’inverse de la température en Kelvin). Le graphique formera une ligne droite exprimée par l’équation :
m = – Ea/R
où m est la pente de la ligne, Ea est l’énergie d’activation et R est la constante de gaz idéale de 8,314 J/mol-K. Si vous avez pris des mesures de température en Celsius ou Fahrenheit, n’oubliez pas de les convertir en Kelvin avant de calculer 1/T et de tracer le graphique.
Si vous deviez tracer un graphique de l’énergie de la réaction en fonction des coordonnées de la réaction, la différence entre l’énergie des réactifs et des produits serait ΔH, tandis que l’énergie excédentaire (la partie de la courbe au-dessus de celle des produits) serait l’énergie d’activation.
Gardez à l’esprit que si la plupart des taux de réaction augmentent avec la température, il existe des cas où le taux de réaction diminue avec la température. Ces réactions ont une énergie d’activation négative. Ainsi, même si vous devez vous attendre à ce que l’énergie d’activation soit un nombre positif, sachez qu’il est possible qu’elle soit également négative.
Qui a découvert l’énergie d’activation ?
Le scientifique suédois Svante Arrhenius a proposé le terme « énergie d’activation » en 1880 pour définir l’énergie minimale nécessaire à un ensemble de réactifs chimiques pour interagir et former des produits. Dans un diagramme, l’énergie d’activation est représentée par la hauteur d’une barrière énergétique entre deux points minimums d’énergie potentielle. Les points minimums sont les énergies des réactifs et des produits stables.
Même les réactions exothermiques, comme la combustion d’une bougie, nécessitent un apport d’énergie. Dans le cas de la combustion, une allumette allumée ou une chaleur extrême déclenche la réaction. De là, la chaleur dégagée par la réaction fournit l’énergie nécessaire pour la rendre autonome.
