Bindungsdissoziationsenergie und Aktivierungsenergie

Das Brechen einer kovalenten Bindung ist mit dem Austausch von Energie, Delta-H, zwischen dem System und seiner Umgebung verbunden.

Wenn kovalente Bindungen durch homolytische Spaltung brechen, erzeugen sie zwei ungeladene Radikale, von denen jeder ein ungepaartes Elektron trägt.

Die Energie, die erforderlich ist, um eine Bindung entlang der homolytischen Spaltung zu brechen, wird als Bindungsdissoziationsenergie, BDE oder D, bezeichnet. Der bei einatmosphärischem Druck gemessene BDE wird mit delta-H null bezeichnet.

Während einer chemischen Reaktion durchlaufen Reaktanten einen hochenergetischen Übergangszustand, bevor sich Produkte bilden. Diese Energiebarriere zwischen den Reaktanten und Produkten wird als Aktivierungsenergie bezeichnet, die mit den Symbolen E_a oder delta-G Doppeldolch bezeichnet wird.

Die Aktivierungsenergie wird ausgedrückt als die Differenz zwischen den freien Energien des Übergangszustands und den Reaktanten. Da die Energie der Reaktanten niedriger ist als der Übergangszustand, ist der Wert der Aktivierungsenergie immer positiv.

Wenn eine Kollision zwischen Reaktanten die Aktivierungsenergiebarriere nicht überwindet, reagieren sie nicht miteinander und bilden Produkte. Die Anzahl der erfolgreichen Kollisionen hängt von der Anzahl der Reaktantenmoleküle mit einem bestimmten Schwellenwert der Aktivierungsenergie ab.

Die Größe der Aktivierungsenergie steuert die Reaktionsgeschwindigkeit. Ein großer Wert führt zu einer langsamen Reaktion, während ein kleiner Wert zu einer schnelleren Reaktion führt, da eine große Anzahl von Reaktantenmolekülen die Schwellenenergie besitzt, die für eine Reaktion erforderlich ist.

Manchmal wird ein Katalysator verwendet, um die Aktivierungsenergie zu senken und die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Zum Beispiel wird Hefe als Katalysator zum Brauen von Bier verwendet, das durch die Fermentation von Zucker zur Herstellung von Ethanol hergestellt wird. Obwohl der Prozess thermodynamisch günstig ist, hat er eine große Aktivierungsenergie.

Die Zugabe von Hefe zur Mischung senkt die Aktivierungsenergie, und der Prozess läuft schneller ab, was industriell wirtschaftlich ist.