Hogyan határozható meg kísérletileg egy egylépéses reakció aktiválási energiája?

Közvetlenül, laborkörülmények között nem igazán lehet mérni, közvetett számolások útján viszont meghatározható.

Legyen az egylépéses reakciónk bimolekulás, azaz A + B --> C alakú.

Ilyenkor a reakció sebessége a következő módon írható fel:

-(dc/dt)=k*c(A)*c(B)

Itt a -(dc/dt) differenciálhányados a koncentrációváltozást mutatja nagyon kicsi (infinitezimális) időváltozás hatására, ez maga a reakciósebesség, k a reakciósebességi együttható, c(A) és c(B) a reagáló anyagok koncentrációja. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy c(A)=c(B).

A változókat szétválasztva és az egyenletet kiintegrálva a következő összefüggéshez jutunk:

1/c = 1/c0 + k*t

Az egyenletben c0 a kezdeti koncentrációt jelöli, t pedig az időt.

Azaz a kísérletben mérned kell az idő múltával a koncentrációkat, vigyázva, hogy ne vegyél ki sok mintát (mert a kivétel megváltoztatja a koncentrációt). Ábrázolod az 1/c -ket a t függvényében, és az egyenes meredekségének ellentettjeként megkapod k-t.

Ha ezt több hőmérsékleten végzed el, akkor több k értéked is lesz.

Az Arrhenius-összefüggés:

lnk= lnA-(Ea/RT)

Itt lnk a k természetes logaritmusa, lnA az Arrhenius-paraméter természetes logaritmusa, Ea az aktiválási energia, R az univerzális gázállandó (8,314 J/(mol*K)) és T a hőmérséklet, szigorúan Kelvinben.

Veszed az imént megkapott több k értéked, kiszámolod az ln-jüket, és ábrázolod őket 1/T függvényében.

Ekkor a kapott egyenesed meredekségét -R-rel megszorozva megkapod az aktiválási energiát.

Tehát így, viszonylag hosszú módon lehet eljutni hozzá, és sajnos ezek a mérések is eléggé pontatlanok, akár 15-20%-os hibát is elérhetnek. Valamint egy csomó "ügyeskedés" kell hozzá, hiszen alapból azt mondtuk, hogy c(A)=c(B), emellett nem lehet túl nagy hőmérsékleti tartományban mérni, mert a kísérlet során azt feltételeztük, hogy Ea független a hőmérséklettől, de ez csak kis hőmérséklet-intervallumban igaz.

Remélem, érthető volt azért nagyjából, ha szabad visszakérdeznem, miért voltál rá kíváncsi? :)