7.7: 活化能

活化能是化学反应进行所必需的最低能量。活化能越高，反应速率越慢。然而，在反应中增加热量会增加反应速度，因为它会使分子运动得更快，增加分子碰撞的可能性。键的碰撞和断裂代表了反应的上升期，并产生过渡态。过渡态是反应物的不稳定高能态。新的化学键和最终产物的形成，以及自由能的释放是反应的下坡阶段。催化剂通过降低活化能来提高反应速率。例如，在生物学中，代谢糖和脂肪的酶增加了糖和脂肪分解的速度，同时，防止自由能的过度生产，否则会使细胞中的蛋白质变性。

催化剂

催化剂是一种通过降低活化能来提高反应速率的物质，在这个过程中，催化剂会自我再生。催化剂为反应的发生提供了一种替代的途径或机制，并加速了正、反反应。在生物学中，酶是催化剂的例子，因为它们降低了细胞新陈代谢反应所需的活化能。

例如，人类将糖和脂肪代谢为能量。酶对于人类分解这些分子是至关重要的，因为如果仅使用热能，以热能形式释放的自由能将导致细胞中的蛋白质变性。此外，热能对所有反应都有非特异性催化作用。然而，酶只与特定的化学反应物结合，称为底物，并降低它们的活化能来催化选择性的细胞反应。

【讲师】活化能是指 在常态反应物之间引发化学反应 所需要的能量。 这种能量通常源自热能， 热能会使分子更快速地移动 并互相碰撞， 从而导致反应物的化学键断裂。 因此，原反应物需要 自由能来发生该反应。

如该曲线的上升部分所示， 这就是该反应所需的 活化能能量。 峰值阶段，即过度状态的 无束缚分子处于不稳定的条件下。 由于原子再次与新键相接， 因此，它们会向环境中释放自由能， 如该反应曲线的下降部分 所示。

虽然人类能将糖分和脂肪代谢为能量， 但如果热能被用于分解这些分子， 那么，很多自由能就会进行热释放， 细胞内的蛋白质就会变性。 作为催化剂的物质反而会被 特意加入，以调节 代谢率，即加速代谢。 例如，作为生物催化剂的酶 会使破坏化学键所需的活化能降低， 并在代谢率合理且不破坏细胞的情况下， 允许反应发生。