B1.3 Aktiveringsenergi
Gas og luft kan være blandet i et køkken, uden at der sker noget. Først når nogen tænder en tændstik, går reaktionen i gang. Molekylerne støder sammen hele tiden, så der må mere til end et sammenstød.
Ikke alle sammenstød giver en reaktion
I afsnit B1.2 så du, at partikler skal støde sammen for at reagere. I en gas støder hvert molekyle sammen med et andet flere milliarder gange i sekundet. Hvis alle sammenstød gav en reaktion, ville alle reaktioner være færdige på et øjeblik. Langt de fleste sammenstød ender med, at molekylerne bare preller af på hinanden.
Et sammenstød fører kun til en reaktion, hvis to ting er opfyldt:
- Molekylerne skal støde sammen med energi nok. De gamle bindinger skal brydes, før der kan dannes nye, og det koster energi.
- Molekylerne skal vende rigtigt, så de atomer, der skal bindes sammen, rammer hinanden.
Energiprofilen
Energien under en reaktion kan vises i en energiprofil. Den lodrette akse viser stoffernes energi, og den vandrette akse viser, hvor langt reaktionen er nået.
Vejen fra reaktanter til produkter går over en bakke. På toppen af bakken er de gamle bindinger ved at blive brudt, og de nye er ved at blive dannet. Den tilstand kaldes det aktiverede kompleks. Det findes kun i et ganske kort øjeblik.
Højden af bakken, målt fra reaktanterne op til toppen, kaldes aktiveringsenergien. Den har symbolet Ea og måles i kJ/mol. Aktiveringsenergien er den mindste energi, molekylerne skal støde sammen med, for at de kan reagere.
Man kan sammenligne det med at cykle over en bakke. Har cyklisten fart nok på, kommer hun over toppen og kan trille ned på den anden side. Har hun for lidt fart, ruller hun baglæns tilbage, hvor hun kom fra.
Aktiveringsenergien bestemmer farten
| Aktiveringsenergien er | Sammenstød med energi nok | Reaktionen går |
|---|---|---|
| lav | mange | hurtigt |
| høj | få | langsomt |
En blanding af naturgas og luft har en høj aktiveringsenergi. Ved stuetemperatur har ingen af molekylerne energi nok, og derfor sker der ingenting. En gnist giver nogle få molekyler energi nok til at komme over bakken. Når de reagerer, afgiver de varme, som giver nabomolekylerne energi nok, og så breder reaktionen sig af sig selv.
Exoterme og endoterme reaktioner
Energiprofilen viser også, om reaktionen samlet set afgiver eller optager energi.
- I en exoterm reaktion har produkterne mindre energi end reaktanterne. Forskellen bliver afgivet til omgivelserne, som regel som varme. Alle forbrændinger er exoterme.
- I en endoterm reaktion har produkterne mere energi end reaktanterne. Reaktionen optager energi fra omgivelserne. Det sker i en kuldepose og i planternes fotosyntese.
Aktiveringsenergien fortæller, hvor hurtigt reaktionen går. Forskellen mellem reaktanter og produkter fortæller, om reaktionen afgiver eller optager energi. De to ting har ikke noget med hinanden at gøre. En reaktion kan godt afgive meget energi og alligevel gå uendelig langsomt, fordi aktiveringsenergien er høj.
Prøv selv: Reaktionshastighed: se, hvor få sammenstød der giver en reaktion.