Activeringsenergie en katalysatoren
Om te reageren moeten deeltjes eerst een energiedrempel over: de activeringsenergie. Hoe lager die drempel, hoe meer botsingen effectief zijn en hoe sneller de reactie verloopt. Zo verklaar je de invloed van een katalysator en van de soort stof.
Na deze les kun je
- een energiediagram tekenen en aflezen, met geactiveerde toestand, activeringsenergie en reactie-energie
- uitleggen hoe een katalysator een reactie versnelt
- het verschil in reactiesnelheid tussen stoffen verklaren met de activeringsenergie
Dit weet je al
Het botsende-deeltjesmodel (les 9.1a). Exotherm en endotherm (hoofdstuk 1).
Het energiediagram
In een energiediagram staat verticaal de chemische energie en horizontaal het reactieverloop. Tijdens een reactie moeten de beginstoffen eerst in de geactiveerde toestand komen: de top van het diagram. Het energieverschil tussen de beginstoffen en de geactiveerde toestand is de activeringsenergie.
Het verschil tussen de energie van de reactieproducten en die van de beginstoffen is de reactie-energie. Liggen de producten lager, dan is de reactie exotherm.
Een katalysator
Een katalysator zorgt ervoor dat een reactie sneller verloopt en/of bij een lagere temperatuur. De katalysator verlaagt de activeringsenergie: de geactiveerde toestand wordt eerder bereikt. Daardoor zijn meer botsingen effectief.
De energie van de beginstoffen en de reactieproducten verandert níet. De reactie-energie blijft dus gelijk. De katalysator zelf wordt niet verbruikt.
In je lichaam werken eiwitten (enzymen) als katalysator. Daardoor kan je lichaam voedingsstoffen afbreken bij 37 °C.
De soort stof
Natrium en kalium reageren allebei explosief met water, maar kalium veel sneller. Dat verklaar je met de activeringsenergie: bij de reactie van kalium met water is de activeringsenergie lager. Elke reactie heeft haar eigen activeringsenergie.
Schets het energiediagram van een endotherme reactie, met en zonder katalysator.
- Teken links het niveau van de beginstoffen.
- Teken rechts het niveau van de reactieproducten hoger, want bij een endotherme reactie wordt energie opgenomen.
- Teken zonder katalysator een hoge top (geactiveerde toestand), met katalysator een lagere top.
- Geef aan: de activeringsenergie (van beginstoffen tot top) en de reactie-energie (van beginstoffen tot producten, gelijk voor beide lijnen).
Een katalysator verandert de activeringsenergie, niet de reactie-energie. In het diagram blijven begin- en eindniveau dus op dezelfde hoogte.
Temperatuur, concentratie en verdelingsgraad verklaar je met het aantal (effectieve) botsingen. Katalysator en soort stof verklaar je met de hoogte van de activeringsenergie.
Snap je het?
Wat doet een katalysator met de activeringsenergie en wat met de reactie-energie?
Waarom kan je lichaam suikers afbreken bij 37 °C, terwijl je suiker buiten je lichaam moet verhitten om hem te verbranden?
Bij welke reactie is de activeringsenergie groter: natrium met water of kalium met water?
In de volgende les reken je de reactiesnelheid uit met meetgegevens.
Klaar met deze les? Zet hem op gelezen; je voortgang staat rechtsboven.