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定義
激活能()是一個在化學動力學、材料科學、物理學等多個領域廣泛使用的概念。從化學動力學角度來看,激活能是指化學反應中,反應物分子達到能夠發(fā)生有效碰撞形成產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系
阿倫尼烏斯方程(Arrhenius equation)是描述反應速率常數(shù)與溫度之間關系的重要方程:,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。在超導材料研究中,超導態(tài)到正常態(tài)轉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變、晶粒的長大等過程。在半導體材料中,雜質原子的擴散激活能影響著半導體器件的制造工藝和性能。
在化學反應中,激活能的大小決定了反應的速率。較高的激活能意味著反應物分子需要更多的能量才能發(fā)生反應,反應通常會比較慢;反之,較低的激活能則表示反應較容易發(fā)生,反應速率較快。例如,在一些有機化學反應中,加入催化劑可以降低反應的激活能,從而顯著提高反應速率。
化學領域
材料科學領域
物理領域
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