Le début de toute entreprise complexe ou difficile est toujours la partie la plus difficile. Nous ne nous réveillons pas tous en sautant du lit, prêts à affronter la journée. Certains d’entre nous, comme moi, ont besoin d’un peu plus d’énergie pour faire la transition entre le sommeil et la journée. Une fois que j’ai bu une tasse de café, mon niveau d’énergie augmente et je suis prêt pour le reste de la journée. Les réactions chimiques fonctionnent à peu près de la même manière. Elles ont aussi besoin de leur café. Nous appelons cela l’énergie d’activation.
Comprendre comment cela fonctionne peut être une perspective utile dans le cadre de notre treillis de modèles mentaux.
Que vous utilisiez la chimie dans votre travail quotidien ou que vous ayez fait de votre mieux pour ne pas y penser depuis l’école, les idées derrière l’énergie d’activation sont simples et utiles en dehors de la chimie. Comprendre ce principe peut, par exemple, vous aider à faire manger leurs légumes aux enfants, à vous motiver et à motiver les autres, et à vaincre l’inertie.
Comment fonctionne l’énergie d’activation en chimie
Les réactions chimiques ont besoin d’une certaine quantité d’énergie pour commencer à fonctionner. L’énergie d’activation est l’énergie minimale requise pour qu’une réaction se produise.
Pour comprendre l’énergie d’activation, nous devons d’abord réfléchir à la façon dont une réaction chimique se produit.
Toute personne qui a déjà allumé un feu aura une compréhension intuitive du processus, même si elle ne l’a pas relié à la chimie.
La plupart d’entre nous ont une idée générale de la chaleur nécessaire pour allumer des flammes. Nous savons que mettre une seule allumette sur une grosse bûche ne sera pas suffisant et qu’un lance-flammes serait excessif. Nous savons également que les matériaux humides ou denses nécessitent plus de chaleur que les matériaux secs. La quantité imprécise d’énergie dont nous savons avoir besoin pour allumer un feu est représentative de l’énergie d’activation.
Pour qu’une réaction se produise, les liaisons existantes doivent se rompre et de nouvelles doivent se former. Une réaction ne se produit que si les produits sont plus stables que les réactifs. Dans un feu, nous transformons le carbone sous forme de bois en CO2 et c’est une forme de carbone plus stable que le bois, donc la réaction se déroule et dans le processus produit de la chaleur. Dans cet exemple, l’énergie d’activation est la chaleur initiale nécessaire pour que le feu prenne. Notre effort et nos allumettes usagées en sont représentatifs.
Nous pouvons considérer l’énergie d’activation comme la barrière entre les minima (les plus petites valeurs nécessaires) des réactifs et des produits dans une réaction chimique.
L’équation d’Arrhenius
Svante Arrhenius, un scientifique suédois, a établi l’existence de l’énergie d’activation en 1889.
Arrhenius a développé son équation éponyme pour décrire la corrélation entre la température et la vitesse de réaction.
L’équation d’Arrhenius est cruciale pour calculer les vitesses des réactions chimiques et, surtout, la quantité d’énergie nécessaire pour les démarrer.
Dans l’équation d’Arrhenius, K est le coefficient de vitesse de réaction (la vitesse de la réaction). A est le facteur de fréquence (la fréquence à laquelle les molécules entrent en collision), R est la constante universelle des gaz (unités d’énergie par incrément de température par mole), T représente la température absolue (généralement mesurée en kelvins) et E est l’énergie d’activation.
Il n’est pas nécessaire de connaître la valeur de A pour calculer Ea, car cela peut être deviné à partir de la variation des coefficients de vitesse de réaction en fonction de la température. Comme beaucoup d’équations, elle peut être réarrangée pour calculer différentes valeurs. L’équation d’Arrhenius est utilisée dans de nombreuses branches de la chimie.
Pourquoi l’énergie d’activation est importante
Comprendre l’énergie nécessaire pour qu’une réaction se produise nous permet de contrôler notre environnement.
Retourner à l’exemple du feu, notre connaissance intuitive de l’énergie d’activation nous permet de rester en sécurité. De nombreuses réactions chimiques ont des besoins élevés en énergie d’activation, elles ne se déroulent donc pas sans un apport supplémentaire. Nous savons tous qu’un livre posé sur un bureau est inflammable, mais qu’il ne brûlera pas sans apport de chaleur. À température ambiante, nous n’avons pas besoin de considérer le livre comme un risque d’incendie. Si nous allumons une bougie sur le bureau, nous savons qu’il faut éloigner le livre.
Si les réactions chimiques n’avaient pas des exigences fiables en matière d’énergie d’activation, nous vivrions dans un monde dangereux.
Catalyseurs
Les réactions chimiques qui nécessitent des quantités importantes d’énergie peuvent être difficiles à contrôler.
L’augmentation de la température n’est pas toujours une source d’énergie viable en raison des coûts, des problèmes de sécurité ou de la simple impraticabilité. Les réactions chimiques qui se produisent dans notre corps, par exemple, ne peuvent pas utiliser des températures élevées comme source d’énergie d’activation. Par conséquent, il est parfois nécessaire de réduire l’énergie d’activation requise.
Accélérer une réaction en diminuant l’énergie d’activation requise est appelé catalyse. Pour ce faire, on utilise une substance supplémentaire appelée catalyseur, qui n’est généralement pas consommée dans la réaction. En principe, il suffit d’une quantité infime de catalyseur pour provoquer une catalyse.
Les catalyseurs fonctionnent en fournissant une voie alternative avec des exigences d’énergie d’activation plus faibles. Par conséquent, un plus grand nombre de particules ont suffisamment d’énergie pour réagir. Les catalyseurs sont utilisés dans les réactions à l’échelle industrielle pour réduire les coûts.
Pour en revenir à l’exemple du feu, nous savons que tenter d’allumer une grosse bûche avec une allumette est rarement efficace. L’ajout d’un peu de papier fournira une voie alternative et servira de catalyseur – les allume-feu font de même.
Dans notre corps, les enzymes servent de catalyseurs dans des réactions vitales (comme la construction de l’ADN.)
« L’énergie peut avoir deux dimensions. L’une est motivée, aller quelque part, un but quelque part, ce moment n’est qu’un moyen et le but va être la dimension de l’activité, orientée vers le but – alors tout est un moyen, d’une manière ou d’une autre il faut le faire et vous devez atteindre le but, alors vous vous détendrez. Mais pour ce type d’énergie, le but n’arrive jamais parce que ce type d’énergie continue à transformer chaque moment présent en un moyen pour quelque chose d’autre, dans le futur. Le but reste toujours à l’horizon. Vous continuez à courir, mais la distance reste la même. Non, il existe une autre dimension de l’énergie : cette dimension est la célébration non motivée. Le but est ici, maintenant ; le but n’est pas ailleurs. En fait, le but, c’est vous. En fait, il n’y a pas d’autre accomplissement que celui de ce moment – considérez les lys. Lorsque vous êtes le but et que le but n’est pas dans le futur, lorsqu’il n’y a rien à atteindre, mais que vous le célébrez, alors vous l’avez déjà atteint, il est là. C’est la relaxation, l’énergie non motivée. »
– Osho, Tantra
Application du concept d’énergie d’activation à notre vie quotidienne
Bien que l’énergie d’activation soit un concept scientifique, nous pouvons l’utiliser comme modèle mental pratique.
Pour revenir à l’exemple du café du matin, beaucoup de choses que nous faisons chaque jour dépendent d’une poussée initiale.
Prenons l’exemple d’une classe d’étudiants réglant un essai pour leur travail de cours. Chaque étudiant a besoin d’une sorte différente d’énergie d’activation pour qu’ils puissent commencer. Pour un étudiant, cela peut être d’entendre son amie dire qu’elle a déjà terminé la sienne. Pour un autre, cela peut être de bloquer les médias sociaux et d’éteindre son téléphone. Un autre étudiant peut avoir besoin de quelques canettes de Red Bull et d’une date limite imminente. Ou, pour un autre, de lire un article intéressant sur le sujet qui lui donne une étincelle d’inspiration. L’acte d’écrire une dissertation nécessite une certaine forme d’énergie.
Faire en sorte que les enfants mangent leurs légumes peut être un processus difficile. Dans ce cas, les incitations peuvent servir de catalyseur. » Tu ne pourras pas avoir ton dessert tant que tu n’auras pas mangé tes légumes » n’est pas seulement un jeu psychologique sur les incitations ; cela demande aussi souvent moins d’énergie que de se battre constamment avec les enfants pour qu’ils mangent leurs légumes. Une fois que les enfants ont mangé une carotte, ils en mangent généralement une autre et encore une autre. Même s’ils veulent toujours du dessert, vous n’aurez pas à le leur rappeler à chaque fois, ce qui vous permettra d’économiser beaucoup d’énergie.
Le concept d’énergie d’activation peut également s’appliquer à la réalisation de changements de vie drastiques. Toute personne qui a déjà fait quelque chose de dramatique et de difficile (comme se débarrasser d’une dépendance, quitter une relation abusive, quitter un emploi à long terme ou apporter des changements cruciaux à son mode de vie) sait qu’il est nécessaire d’atteindre d’abord un point de rupture. Plus une action est importante et difficile, plus nous avons besoin d’énergie d’activation pour la réaliser.
Notre buveur de café pourrait avoir besoin de peu d’énergie d’activation (une tasse ou deux) pour commencer sa journée s’il est bien reposé. Pendant ce temps, il lui faudra beaucoup plus de café pour se mettre en route s’il a mal dormi et a une journée ennuyeuse à traverser.
Conclusion
Comprendre et utiliser le concept d’énergie d’activation dans notre vie ne nécessite pas de diplôme en chimie. Bien que le concept tel qu’il est utilisé par les scientifiques soit complexe, nous pouvons utiliser l’idée de base.
Ce n’est pas une coïncidence si beaucoup des modèles mentaux les plus utiles de notre treillis proviennent de la science. Il y a quelque chose d’assez poétique dans la façon dont le comportement humain reflète ce qui se passe à un niveau microscopique.
Pour d’autres exemples, regardez le rasoir d’Occam, la falsification, les boucles de rétroaction et l’équilibre.
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