Aktivasyon Enerjisi

Aktivasyon Enerjisi Kavramı

Endotermik veya ekzotermik tepkimelerin başlayabilmesi için mutlaka enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji, tepkimenin aktivasyon (aktifleşme) enerjisi olarak adlandırılır. Aktivasyon enerjisi tepkenlerin kinetik enerjilerinden sağlanır. Aktivasyon enerjisi büyük olan tepkimeler genellikle yavaş gerçekleşir.

Tepkenlerin ürünlere dönüşmesine ileri tepkime, ürünlerin tepkenlere dönüşmesine geri tepkime denir. Potansiyel enerji-tepkime koordinatı grafiği, tepkenlerin ve ürünlerin enerji düzeylerini ve birbirlerine dönüşebilmeleri için aşmaları gereken enerji engelini gösterir. Tepkenlerin ürünlere dönüşebilmesi için gereken en düşük enerjiye ileri aktivasyon enerjisi (Eai) denir. Ürünlerin tepkenlere geri dönebilmesi için gereken en düşük enerjiye ise geri aktivasyon enerjisi (Eag) adı verilir.

Tepkime entalpisi, ileri tepkimenin aktivasyon enerjisinden geri tepkimenin aktivasyon enerjisi çıkarılarak hesaplanır:

ΔH_tepkime = Eai − Eag

Endotermik Tepkimelerde Aktivasyon Enerjisi

Endotermik tepkimelerde ileri tepkimenin aktivasyon enerjisi, geri tepkimenin aktivasyon enerjisinden büyüktür (Eai > Eag), dolayısıyla ΔH_tepkime = Eai − Eag > 0 olur. Bu durumun sonuçları şöyledir:

• Çevreden enerji alınır.
• Toplam entalpi artar.
• Tepkenler ürünlerden daha kararlıdır.
• Tepkimenin devam edebilmesi için sisteme sürekli enerji verilmesi gereklidir.

Ekzotermik Tepkimelerde Aktivasyon Enerjisi

Ekzotermik tepkimelerde ise ileri tepkimenin aktivasyon enerjisi, geri tepkimenin aktivasyon enerjisinden küçüktür (Eai < Eag), dolayısıyla ΔH_tepkime = Eai − Eag < 0 olur. Bu durumun sonuçları şöyledir:

• Çevreye enerji verilir.
• Toplam entalpi azalır.
• Ürünler tepkenlerden daha kararlıdır.
• Tepkime başladıktan sonra kendiliğinden devam eder.

Günlük Yaşamdan Örnek: Roket Motorları

Roketi hızla hareket ettirebilmek için fazla miktarda ısı ve hızlı egzoz gazına ihtiyaç vardır; günümüzde kullanılan roketlerin tamamında gereken ısı ve gaz, roket motorunda gerçekleşen yanma tepkimesiyle elde edilir ve bu tepkimenin çok hızlı gerçekleşmesi gerekir. Roket yükseldikçe atmosferdeki oksijen derişimi azaldığından roketler yakıtla birlikte yakıcı (oksitleyici) maddeyi de barındırır. Yakıt olarak hidrazin (N₂H₄) ve oksitleyici olarak diazot tetraoksit (N₂O₄) kullanan bir roket motorundaki yanma tepkimesi şu şekilde yazılabilir:

2N₂H₄(s) + N₂O₄(g) → 3N₂(g) + 4H₂O(g) + 1168 kJ

Bu tepkime, yüksek miktarda ısı açığa çıkararak roketin hareketi için gerekli egzoz gazını hızla üretir.

Özet

• Aktivasyon enerjisi, bir tepkimenin başlaması için gerekli olan ve tepkenlerin kinetik enerjisinden sağlanan enerjidir; büyük aktivasyon enerjisine sahip tepkimeler genellikle yavaş gerçekleşir.
• Tepkime entalpisi ΔH = Eai − Eag formülüyle hesaplanır: endotermik tepkimelerde Eai > Eag (tepkenler daha kararlı, sürekli enerji girişi gerekir), ekzotermik tepkimelerde Eai < Eag (ürünler daha kararlı, tepkime başladıktan sonra kendiliğinden devam eder).
• Roket motorlarındaki hidrazin-diazot tetraoksit tepkimesi, yüksek enerjili ve hızlı gerçekleşen bir ekzotermik tepkime örneğidir; roketler yükseldikçe azalan atmosferik oksijeni telafi etmek için kendi oksitleyicilerini taşır.