Energia de ativação é a energia mínima necessária para iniciar uma reação química, e o seu valor varia de reação para reação.Conforme o modelo de colisão, essa energia vem das energias cinéticas das moléculas quando colidem. Após a colisão, a energia cinética das moléculas pode ser utilizada para esticar, dobrar e romper as ligações conduzindo às reações químicas. Quando a colisão entre as moléculas ocorre de forma eficaz tem-se o que é denominado decomplexo ativado ouestado de transição; um arranjo molecular capaz de romper a barreira imposta pela energia de ativação.
Conhecido comomodelo de colisão, existem três coisas necessárias nesta ordem para que uma reação aconteça:
Contudo, se duas moléculas simplesmente colidem, elas não irão sempre reagir; portanto, a ocorrência de uma colisão não é sempre o suficiente. A segunda exigência é que:
Esta é a ideia de umatransição de estado; se duas moléculas colidem, elas devem se afastar uma da outra caso elas não possuam energia suficiente para superar a energia de ativação e transpor a transição de estado (ponto de mais alta energia). Finalmente, a terceira condição é:
Para a reação ocorra entre duas moléculas que colidem, elas devem colidir em uma orientação correta, e possuírem um aporte de energia mínimo. Quando as moléculas se aproximam, suaseletrosferas se repelem mutuamente. Para superar esta repulsão é necessário energia (energia de ativação), a qual é tipicamente provida pelocalor do sistema; isto é, a energia detranslação,vibração erotação de cada molécula, embora algumas vezes pela luz (fotoquímico) ou campo elétrico (eletroquímico). Se existe bastante energia disponível, a repulsão é superada e as moléculas se aproximam o suficiente para que a atração entre elas provoque um rearranjo dasligações covalentes
Atemperaturas baixas para uma reação em particular, a maioria das moléculas (mas não todas) não terá energia suficiente para reagir. Contudo haverá quase sempre um certo número de moléculas com bastante energia a qualquer temperatura porque a temperatura é uma medida da energiamédia do sistema; sendo que moléculas individuais podem ter mais ou menos energia que a média. Aumentando a temperatura, a proporção de moléculas com mais energia do que a energia de ativação cresce proporcionalmente, e conseqüentemente a velocidade da reação cresce. Tipicamente a energia de ativação é considerada como sendo a energia emquilojoule necessária para que 1mol de reagente reaja.
Aequação de Arrhenius fornece a base de relacionamento entre a energia de ativação e a velocidade na qual a reação se processara. Da equação de Arrhenius, a energia de ativação pode ser expressa como
OndeA é ofator de freqüência para a reação,R é aconstante universal dos gases, eT e a temperatura (emkelvins). Quanto maior a temperatura, mais facilmente a reação será capaz de sobrepujar a energia de ativação.A é um fator espacial, o qual expressa a probabilidade das moléculas possuírem uma orientação favorável e serem capazes de se estabelecer na colisão. Para que a reação aconteça e ultrapasse a energia de ativação, a temperatura, orientação e energia das moléculas devem ser substanciais; esta equação controla a soma de todas estas coisas. Uma regra geral aproximada é que aumentando a temperatura em 10 graus irá dobrar a velocidade da reação, na ausência de quaisquer outros efeitos dependentes da temperatura, devido a um aumento do numero de moléculas que terá a energia de ativação
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O estado de transição ao longo de uma reação normal é o ponto de máximaenergia livre. O estado de transição existe somente por um período extremamente breve de tempo (10−15 s). A energia necessária para alcançar o estado de transição é igual a energia de ativação da reação. Reações de multi-estágio envolvem inúmeros pontos de transição, onde a energia de ativação é igual a maior energia requerida. Depois deste período as moléculas ou se separam novamente refazendo suasligações originais, ou as ligações são quebradas e novos produtos são formados. Isto é possível porque ambas as possibilidades resultam na liberação deenergia (como mostrado no diagrama deentalpia,Fig-1, ambas as posições são mais baixas que o estado transição). Uma substância que modifica o estado de transição diminuindo a energia de transição é denominada comocatalisador; um catalisadorbiológico é denominadoenzima. É importante notar que um catalisador diminui a energia de ativação; isto não muda a energia do produto remanescente e somente a energia de ativação é alterada (diminuída).
