Sơ đồ năng lượng và năng lượng hoạt hoá

Sơ đồ năng lượng vẽ năng lượng (trục đứng) theo tiến trình phản ứng (trục ngang). Có ba mức cần đọc:

• Mức chất đầu $E_{cđ}$: năng lượng của các chất tham gia.
• Đỉnh, ứng với trạng thái chuyển tiếp $E_{đỉnh}$: các liên kết cũ đã giãn, các liên kết mới chưa tạo xong; năng lượng cao nhất trên đường đi.
• Mức sản phẩm $E_{sp}$: năng lượng của các chất tạo thành.

$$\Delta_rH = E_{sp} - E_{cđ}$$

$$E_a = E_{đỉnh} - E_{cđ} \quad (\text{phản ứng thuận})$$

$$E_a' = E_{đỉnh} - E_{sp} = E_a - \Delta_rH \quad (\text{phản ứng nghịch})$$

Năng lượng hoạt hoá $E_a$ (kJ/mol) là năng lượng tối thiểu mà các hạt va chạm phải có để phản ứng xảy ra: nó là "bậc cửa" phải bước qua. Hạt không đủ năng lượng thì va chạm xong lại tách ra.

• Toả nhiệt: mức sản phẩm thấp hơn mức chất đầu, $\Delta_rH<0$ và $E_a' > E_a$.
• Thu nhiệt: mức sản phẩm cao hơn mức chất đầu, $\Delta_rH>0$ và $E_a' < E_a$.

Chất xúc tác mở ra một con đường khác có đỉnh thấp hơn, nên $E_a$ và $E_a'$ đều giảm cùng một lượng, còn $E_{cđ}$ và $E_{sp}$ không đổi nên $\Delta_rH$ không đổi. Xúc tác làm phản ứng nhanh hơn, không làm phản ứng "toả thêm nhiệt". Cách xúc tác làm tăng tốc độ được học kĩ ở phần Tốc độ phản ứng.

Hỗn hợp methane và oxygen có $\Delta_rH<0$ nhưng có $E_a$ lớn. Ở nhiệt độ thường rất ít va chạm đủ năng lượng. Tia lửa cung cấp năng lượng cho một vùng nhỏ; các phản ứng ở đó toả nhiệt, làm vùng bên cạnh nóng lên, nhiều hạt vượt đỉnh hơn nên phản ứng lan ra.