Енергія активації

Хімічні реакції можуть протікати з різними швидкостями. Одні з них завершуються протягом декількох секунд, інші можуть тягнутися годинами, днями і навіть десятиліттями. Для того щоб визначити продуктивність і розмір необхідної апаратури, а також кількість виробленого продукту, важливо знати швидкість, з якою протікають хімічні реакції. Вона може мати різні величини, залежно від:
-концентрації реагуючих речовин-
-температури системи.

Шведським вченим С. Арреніус в кінці дев`ятнадцятого століття було виведено рівняння, що показує залежність швидкості хімічної реакції від такого показника, як енергія активації. Цей показник є величиною постійною і визначається природою хімічної взаємодії речовин.
За припущенням вченого, в реакцію між собою можуть вступати тільки ті молекули, які утворюються із звичайних і перебувають у русі. Такі частинки були названі активними. Енергія активації - це та сила, яка потрібна для переходу звичайних молекул в такий стан, при якому їх рух і реакція стають найбільш швидкими.

У процесі протікання хімічних взаємодій одні частинки речовини руйнуються, а інші виникають. При цьому міняються зв`язки між ними, тобто перерозподіляється електронна щільність. Швидкість протікання хімічної реакції, при якій старі взаємодії повністю б руйнувалися, мала б вельми низьке значення. При цьому кількість сообщаемой енергії має бути високим. Наукові дослідження показали, що в ході взаємодії речовин будь-яка система утворює активоване комплекс, що є її перехідним станом. При цьому старі зв`язки послаблюються, а нові тільки намічаються. Даний період дуже невеликий. Він складає долі секунди. Результатом розпаду даного комплексу є утворення вихідних речовин, або продуктів хімічної взаємодії.

Для того щоб перехідний компонент виник, необхідно надання активності системі. Для цього й потрібна енергія активації хімічної реакції. Освіта перехідного комплексу визначено силою, якою володіють молекули. Кількість в системі таких частинок залежить від температурного режиму. Якщо він досить високий, то частка активних молекул велика. При цьому величина сили їх взаємодії вище або дорівнює показнику, іменованого «енергія активації». Таким чином, при достатньо високих температурах кількість молекул, здатних утворювати перехідний комплекс, високо. Внаслідок цього швидкість хімічної реакції зростає. Навпаки, якщо енергія активації має велике значення, то частка часток, здатних до взаємодії, невелика.
Наявність високого енергетичного бар`єру є перешкодою протікання хімічних реакцій при низьких температурах, хоча їх ймовірність існує. Екзотермічні та ендотермічні взаємодії мають різні характеристики. Перші з них протікають з найменшою енергією активації, а другі - з більшою.

Використовується дане поняття і у фізиці. Енергія активації напівпровідника є тією мінімальною силою, яка повинна надати прискорення електронам для переходу в зону провідності. Протягом даного процесу розриваються зв`язки між атомами. Крім цього, електрон повинен переміститися з валентної зони в сектор провідності. Збільшення температури є причиною посилення теплового переміщення частинок. При цьому частина електронів переходить у стан вільних носіїв заряду. Внутрішні зв`язки можуть бути також розірвані електричним полем, світлом і т.д. Енергія активації має значно більші величини у власних напівпровідників у порівнянні з домішковими.