化学动力学(反应速率)

活化能(activation energy)

/ Eₐ /

想象一个球停在山谷里,它和下一个山谷之间隔着一座小山。即使远处那个山谷更低(结果是有利的),球也不会自己滚过去——它得先被推上山顶再翻过去。活化能就是化学反应里这座山的高度:发生反应的分子在变成产物之前必须聚集起来的最低能量。

更准确地说,活化能 Eₐ 是反应物与产物之间的能量壁垒,是相撞的分子要达到那个紧张的中间排布——叫做过渡态——所必须具备的能量。只有能量至少达到这么多的那部分碰撞才能发生反应,这正是为什么 Eₐ 出现在阿伦尼乌斯方程的指数里。壁垒高,成功的碰撞就少,反应就慢;壁垒低,成功的碰撞就多,反应就快。

活化能之所以重要,是因为它解释了一个在热力学上有利的反应为何仍可能迟缓——燃料与空气的混合物极其有利,却安静地不反应,直到一颗火花提供了活化能。它也解释了催化剂:催化剂通过提供一条壁垒更低的新路径来加速反应,而不是改变反应最终有多有利。需要注意的是:Eₐ 是一个有效的、经验性的壁垒,对多步反应而言,它是反映最慢那一步的混合值。

一摞纸在氧气旁放上好几年也不会自燃,尽管燃烧会释放巨大的能量。用火柴一点,火焰的热把少数分子顶过活化能壁垒;这些分子释放的热又足以把邻近的分子也顶过去,火就这样自我维持下去。

火柴提供活化能;之后反应自己供能维持。

活化能关乎多快,而非多彻底。它不告诉你反应是放热还是吸热——那由反应物与产物的能量差决定,是另一个量。

又称
Eₐenergy barrier活化能 Eₐ活化能 Eₐ