化學動力學(反應速率)

活化能(activation energy)

/ Eₐ /

想象一個球停在山谷裡,它和下一個山谷之間隔著一座小山。即使遠處那個山谷更低(結果是有利的),球也不會自己滾過去——它得先被推上山頂再翻過去。活化能就是化學反應裡這座山的高度:發生反應的分子在變成產物之前必須聚集起來的最低能量。

更準確地說,活化能 Eₐ 是反應物與產物之間的能量壁壘,是相撞的分子要達到那個緊張的中間排布——叫做過渡態——所必須具備的能量。只有能量至少達到這麼多的那部分碰撞才能發生反應,這正是為什麼 Eₐ 出現在阿倫尼烏斯方程的指數裡。壁壘高,成功的碰撞就少,反應就慢;壁壘低,成功的碰撞就多,反應就快。

活化能之所以重要,是因為它解釋了一個在熱力學上有利的反應為何仍可能遲緩——燃料與空氣的混合物極其有利,卻安靜地不反應,直到一顆火花提供了活化能。它也解釋了催化劑:催化劑通過提供一條壁壘更低的新路徑來加速反應,而不是改變反應最終有多有利。需要注意的是:Eₐ 是一個有效的、經驗性的壁壘,對多步反應而言,它是反映最慢那一步的混合值。

一摞紙在氧氣旁放上好幾年也不會自燃,儘管燃燒會釋放巨大的能量。用火柴一點,火焰的熱把少數分子頂過活化能壁壘;這些分子釋放的熱又足以把鄰近的分子也頂過去,火就這樣自我維持下去。

火柴提供活化能;之後反應自己供能維持。

活化能關乎多快,而非多徹底。它不告訴你反應是放熱還是吸熱——那由反應物與產物的能量差決定,是另一個量。

又稱
Eₐenergy barrier活化能 Eₐ活化能 Eₐ