3. Aktivācijas enerģija un katalizatori.

Temperatūras paaugstināšana paātrina daļiņu kustību. Jo augstāka temperatūra, jo sadursmes starp daļiņām notiek biežāk. Eksperimentāli ir noteikts, ka, paaugstinot temperatūru par 10$\mathrm{°}C$, ķīmiskās reakcijas ātrums palielinās no 2 līdz 4 reizēm. Tomēr atsevišķos gadījumos temperatūras paaugstināšana nedod prognozēto rezultātu. Tas ir tāpēc, ka ne visas izejvielu daļiņu sadursmes "vainagojas" ar ķīmisko reakciju. Tas ir tādēļ, ka nepieciešams pārvarēt spēkus, kas saista molekulu veidojošās daļiņas. Šim procesam vajadzīga papildu enerģija, ko sauc par aktivācijas enerģiju.

 

 

Aktivācijas enerģijas lielums dažādās reakcijās ir atšķirīgs. To galvenokārt nosaka ķīmiskās saites veids izejvielu molekulās. Vismazākā aktivācijas enerģija ir vajadzīga starp joniem ūdens šķīdumā, jo šajā gadījumā saites starp joniem ir jau sarautas disociācijas procesā. Tādēļ nogulšņu veidošanās reakcijas norisinās ļoti ātri. Ja reakcijā piedalās vielas ar polāru kovalento saiti, ir nepieciešama lielāka aktivācijas enerģija nekā jonu saites gadījumā. Nepolāras kovalentās saites gadījumā ir nepieciešama vēl lielāka aktivācijas enerģija.

Reakcija notiek tikai tad, ja saduras aktīvas molekulas. Tās ir tādas molekulas, kurām piemīt lielāks enerģijas daudzums, nekā nepieciešams vienai aktīvai sadursmei.

Ja reakcija ir eksotermiska, aktivācijas enerģiju sistēmai jāpiešķir tikai reakcijas sākumā. Pēc katras daļiņu aktīvās sadursmes atbrīvojas enerģijas daudzums, kas pārsniedz sākumā pievadīto aktivācijas enerģiju. Tā rezultātā arvien jaunām molekulām rodas iespēja piedalīties reakcijā.

Visa dzīvā daba var kalpot par izejvielu degšanas procesiem, turklāt tā atrodas pastāvīgā kontaktā ar gaisā esošo skābekli. Vienīgais iemesls, kāpēc nesākas spontānas degšanas reakcijas, ir tas, ka nepieciešama aktivācijas enerģija.

Ne tikai temperatūras paaugstināšana padara molekulas aktīvākas. Nepaaugstinot temperatūru, molekulas aktivizē un reakcijas ātrumu palielina vielas, kuras sauc par katalizatoriem.

Katalizators piedalās ķīmiskās reakcijas norisē un ar vienu no reaģējošām vielām veido starpsavienojumu. Šī starpsavienojuma veidošanās reakcijas aktivācijas enerģija ir mazāka nekā produktu veidošanās reakcijas aktivācijai nepieciešamā enerģija. Tāpēc var teikt, ka katalizatori samazina ķīmisko reakciju aktivācijas enerģiju.

 

 

Reakciju $A+B\to \mathit{AB}$ ar katalizatora $K$ piedalīšanos var attēlot šādi:

 

 

Ķīmisko reakciju vienādojumos katalizatoru norāda virs bultiņas, jo reakcijas rezultātā katalizatori ķīmiski nemainās, kā arī nemainās to daudzums.

Dzīvajos organismos katalizatoru veidā darbojas olbaltumvielas, kuras sauc par enzīmiem. Katrs enzīms iedarbojas uz viena veida molekulām, piemēram, glikozi, cieti, celulozi, cukuru, laktozi, pienskābi, spirtu. Šo biokatalizatoru ietekmē organismiem raksturīgajā temperatūrā pietiekami ātri noris vielmaiņas reakcijas. Biokatalizatori ir visefektīvākie, jo palielina reakcijas ātruma konstantes lielumu līdz pat miljons reizēm. Tomēr pret temperatūras paaugstināšanu enzīmi ir ļoti jutīgi, un to darbība tiek pārtraukta.

Tādas vielas, kas reakcijas ātrumu palēnina, sauc par inhibitoriem. Tie palielina reakcijai nepieciešamo aktivācijas enerģiju. Tehnikā liela nozīme ir inhibitoriem, kas aizkavē dzelzs rūsēšanas procesu.