我們在上一個單元學過了碰撞理論

知道反應物粒子必須相互碰撞

才有可能發生化學反應

同時也學到在反應過程中

反應物如何變成產物

以及能量的變化

接下來讓我們學習如何描述化學反應過程的反應位能圖

什麼是反應位能圖呢？

我們先瞭解粒子的運動速率

在定溫時

系統中各種氣體粒子的運動速率都不一樣

有的快有的慢

而具有高速率與低速率的粒子只占了少數

大多數粒子的速率比較接近平均值

根據上述的原理

我們可以推論

定溫時

系統中各粒子所具有的動能也不一定相同

有些比較大

有些比較小

如果將粒子數以及其所對應的動能做成圖表

所得到的曲線圖

我們就可以稱它為粒子動能分布曲線圖

我們再將反應進行的過程設為橫軸

物種的能量設為縱軸

所繪製的關係圖

稱為反應能量圖

從圖表可以看出反應進行過程中

參與的物種能量會隨著反應進行產生變化

一般的反應有兩種：

吸熱反應和放熱反應

如果反應物的位能低於生成物的位能

這個反應過程稱為吸熱反應

相反的

如果反應物的位能高於生成物的位能

這個反應過程則稱為放熱反應

而反應熱Delta H

等於生成物熱含量之和

減反應物熱含量之和

當Delta H大於0

表示吸熱反應

Delta H小於0

表示放熱反應

具足夠能量反應物分子

以適當的位向碰撞後

形成一種位能非常高的活潑物質

稱為活化複合體

接著

我們用方程式：

一氧化碳和二氧化氮反應

生成二氧化碳和一氧化氮為例

做個詳細說明

一氧化碳和二氧化氮是反應物

二氧化碳和一氧化氮是生成物

反應物與生成物的位能差即為反應熱

我們看到的曲線即為能量變化圖

因為鍵的斷裂要吸熱

而形成鍵的過程中要放熱

在這反應過程中

具足夠能量的一氧化碳與二氧化氮分子以適當的位向碰撞後

形成一種位能非常高的活化複合體

那什麼是活化複合體呢？

這是墨西哥裔的美國科學家

亨利·艾林在1935年提出一種反應過程的假設：

1.在反應物形成生成物之前

反應物多會先形成一種暫時性的物質

稱為活化複合體或活化錯合物

2.此時的不穩定狀態為過渡狀態

由於舊的鍵結尚未完全斷裂

新鍵結還未完整形成

所含有的位能較高

可能會形成生成物

也可能變回反應物

故無法穩定存在

也無法被單獨分離出來

3.在反應位能圖中

正反應是指反應物可經由活化複體形成產物

逆反應是指產物經由相同的活化複體又變回反應物

最後

讓我們來認識活化能

活化複合體的能量位於反應能量圖的最大值

存在時間極短

很難被偵測到

活化複合體與反應物之間的能量差

稱為正反應的活化能

以Ea表示

活化複合體與生成物的能量差

則稱為逆反應的活化能

以Ea'表示

因此在畫面上可看到

可看到正活化能等於134千焦耳

逆活化能為360千焦耳

兩者皆大於0

而反應熱Delta H

等於生成物熱含量之和

減反應物熱含量之和

等於正活化能減逆活化能

同時可以得知

將正反應活化能與逆反應活化能相減

可得該反應的反應熱：

Delta H等於Ea減Ea'

綜合前面的學習

讓我們想想看

在放熱反應中

Ea與Ea'何者較大？

從圖中

我們得知Ea小於Ea'

正反應較逆反應容易進行

那麼吸熱反應時

Ea與Ea'何者較大呢？

從圖中得知

Ea大於Ea'

逆反應較正反應容易進行

而活化能的大小與反應速率又有什麼關係呢？

答案是活化能越高

越難進行反應、反應速率慢

畫面上為某一化學反應的反應位能圖

下列敘述哪些正確？

由題目圖示可知

X是反應物、Y是活化複合體、Z是產物

正反應的活化能

等於150減35

等於每莫耳115千焦

而逆反應的活化能

等於150減110

等於每莫耳40千焦

反應熱則是115減40

等於每莫耳75千焦

因此這是吸熱反應

附圖為氫氣與碘反應的反應能量圖

其反應式如畫面所示

試問：

反應熱相當於圖中A、B、C的何者？

正反應和逆反應

何者較容易進行？

反應熱相當於圖中的B

A是正反應活化能

C則是逆反應活化能

因為正反應活化能A

小於逆反應活化能C

所以正反應較容易進行

讓我們一起來看看畫面上的圖

回顧一下這支影片的重點

從圖中我們可以得知

這是一個放熱反應

且反應物的位能大於生成物位能

同時

反應過程中有一個活化複合體

從圖知正活化能小於逆活化能

同學們

經過這一單元的學習

你是否都學會了呢？

歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得

我們下次見