energiabarjäär

Energiabarriär är ett begrepp inom kemi och fysik som beskriver den högsta energin ett system måste uppnå för att en process ska ske, till exempel en kemisk reaktion eller diffusionshopping. Den uppkommer som en topp i energiprofilen längs reaktionskoordinaten mellan initiala och slutliga tillstånd och kallas ofta aktiveringsenergi Ea. För att överkomma barriären krävs termisk energi från omgivningen, och reaktionens hastighet är vanligtvis starkt temperatureberoende enligt Arrhenius-ekvationen k = A exp(-Ea/RT).

Energiabarriärer uppkommer när bindningar bryts eller bildas, eller när geometriska eller elektrostatiska hinder måste passeras. Barrierens höjd och form kan variera avsevärt mellan olika miljöer, där temperatur, lösningsmedel, tryck, elektriska fält eller kristalldefekter kan ändra energinivåerna.

Inom fast materia spelar energibarriärer en central roll för diffusion: partiklar hoppar över energibarier mellan arbetsplatser i ett kristallgitt nätverk, och diffusionens aktiveringsenergi styr hur snabbt processen går. Inom biologi formar energibarriärer energilandskap i proteiner och enzymers katalys, där omvandlingar mellan metastabila tillstånd kräver energi och där katalys kan sänka barrierer.

I kvantmekanik kan tunnling göra att partikel passerar genom tunnare barriärer även när termisk energi är låg, vilket påverkar reaktionssannolikheter vid låga temperaturer.

Att studera energibarriärer innebär kartläggning av potentiella energilandskap, identifiering av övergångstillstånd och användning av metoder som transition state theory, PES-sökningar och andra numeriska tekniker. Förståelsen av energibarriärer förklarar reaktionshastigheter, diffusion och fasomvandlingar.