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定義
激活能()是一個在化學(xué)動力學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)等多個領(lǐng)域廣泛使用的概念。從化學(xué)動力學(xué)角度來看,激活能是指化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)物分子達到能夠發(fā)生有效碰撞形成產(chǎn)物所必須克服的能量障礙。
在物理意義上,對于一個物理過程(如擴散過程),激活能表示粒子從一個狀態(tài)躍遷到另一個狀態(tài)所需要的能量。
阿倫尼烏斯方程與激活能的關(guān)系
阿倫尼烏斯方程(Arrhenius equation)是描述反應(yīng)速率常數(shù)與溫度之間關(guān)系的重要方程:,其中是指前因子(也稱為頻率因子),是理想氣體常數(shù)(),是絕對溫度(單位為)。
通過測定不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù),然后對阿倫尼烏斯方程取對數(shù),得到。以對作圖,可以得到一條直線,直線的斜率為,從而可以計算出激活能的值。
在不同領(lǐng)域的意義
在熱激活過程中,如晶體中的位錯運動,激活能控制著位錯克服晶格阻力移動的能力。在超導(dǎo)材料研究中,超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的激活能也是一個重要的研究參數(shù)。
在材料的擴散過程中,如金屬中的原子擴散,激活能決定了原子在晶格中遷移的難易程度。對于金屬的熱處理過程,原子擴散激活能影響著相的轉(zhuǎn)變、晶粒的長大等過程。在半導(dǎo)體材料中,雜質(zhì)原子的擴散激活能影響著半導(dǎo)體器件的制造工藝和性能。
在化學(xué)反應(yīng)中,激活能的大小決定了反應(yīng)的速率。較高的激活能意味著反應(yīng)物分子需要更多的能量才能發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)通常會比較慢;反之,較低的激活能則表示反應(yīng)較容易發(fā)生,反應(yīng)速率較快。例如,在一些有機化學(xué)反應(yīng)中,加入催化劑可以降低反應(yīng)的激活能,從而顯著提高反應(yīng)速率。
化學(xué)領(lǐng)域
材料科學(xué)領(lǐng)域
物理領(lǐng)域
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