Techniklexikon

Aktivierungsenergie

Aktivierungsbarriere, allgemein eine Energie, die zusätzlich aufgebracht werden muss, um einen chemischen oder physikalischen Prozess zu ermöglichen.

1)  Chemie: der Mehrbetrag an Energie, der über den durchschnittlichen Energiegehalt von Atomen bzw. Molekülen hinaus notwendig ist, um eine chemische Reaktion auszulösen (physikalische Chemie). Der Begriff wurde von S. Arrhenius eingeführt. Die Anregung (Aktivierung) kann thermisch (durch Stösse) oder durch Strahlungsabsorption erfolgen. Die Aktivierungsenergie E_a (oft mit  bezeichnet) selbst ist bei den meisten Reaktionen temperaturabhängig. Diesem Umstand kann man durch folgende Formulierung Rechnung tragen: E_a = RT²(¶lnk/¶T)_V. Dabei ist R die allgemeine Gaskonstante, T die absolute Temperatur, k die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, und der Index V bedeutet "bei konstantem Volumen". Im Verlauf der Reaktion wird meist ein Teil der aufgewandten Aktivierungsenergie als Entaktivierungsenergie wieder frei. Aus der Differenz dieser beiden Energien ergibt sich die Reaktionswärme. Die Höhe der Aktivierungsenergie ist entscheidend für die Reaktionsgeschwindigkeit. (Arrhenius-Gesetz)

2) Festkörperphysik: zur Diffusion erforderliche zusätzliche Energie. Die Diffusion im Festkörper wird oft in Form eines Arrhenius-Gesetzes beschrieben:  (D: Diffusionskoeffizient, E: Aktivierungsenergie des Diffusionsprozesses, k_B: Boltzmann-Konstante und T: Temperatur). Dies ist die klassische Vorstellung beispielsweise der Zwischengitterdiffusion, bei der Atome auf dem Weg von einem Zwischengitterplatz zum benachbarten eine Potentialbarriere der Höhe E überwinden müssen (Barrierenhöhe), diese entspricht der Wanderungsenergie. Im Falle der Leerstellendiffusion beinhaltet E die Summe aus Wanderungsenergie und Formationsenergie der Leerstelle. Die Aktivierungsenergie ist geringer im Fall des inkohärenten Tunnelns (Tunneleffekt) sowie der Crowdionen-Diffusion.

3) Halbleiterphysik: diejenige Energie, die ein Loch bzw. Elektron benötigt, um ins Leitungsband zu gelangen. (Akzeptor, Donator)