Aktivierungsenergie

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Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Teilchen (Molekül, Atom, Elektron,...) aus einem bestimmten Energieniveau(getrennte Energie) in ein höheres Energieniveau zu überführen, in dem das Teilchen eine zuvor nicht gegebene "Aktivität" erhält.

[Bearbeiten] Chemie

Die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen ist jene Energie, die die Teilchen beim Aufeinanderprallen mindestens haben müssen, damit sie dabei auch tatsächlich miteinander reagieren. Ist die benötigte Energie groß, so laufen die Reaktionen unter natürlichen Bedingungen nur langsam ab, viele auch praktisch gar nicht. Vor allem endotherme Reaktionen haben häufig eine hohe Aktivierungsenergie. Reaktionen mit hoher benötigter Aktivierungsenergie muss deshalb faktisch immer Energie (meist Wärme) zugeführt werden, um sie in Gang zu setzen. In der Biochemie dient dabei die RGT-Regel als Maß für die notwendige Temperaturerhöhung. Ist die Aktivierungsenergie klein, so ist die Reaktionsgeschwindigkeit groß, da die Reaktion bei einem Aufeinandertreffen der beteiligten Teilchen fast von allein einsetzt. Dieser Zusammenhang wird quantitativ durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben.

Ein Katalysator setzt die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen formal herab oder herauf. Die Gibbs-Energie ändert sich jedoch bei dem Einsatz eines Katalysators nicht. Stattdessen wird durch das Eingehen einer Zwischenreaktion mit niedrigerer Aktivierungsenergie das Aufbringen der hohen Aktivierungsenergie umgangen – die Reaktion läuft schneller und energiesparender ab.

Die Aktivierungsenergie wird meist in Kilojoule/mol angegeben und liegt typischerweise zwischen 50 und 100 kJ/mol.

[Bearbeiten] Halbleiter

Für einen undotierten Halbleiter ist es die Energie, die notwendig ist, um ein Elektron bzw. ein Loch als freien Ladungsträger zu gewinnen. Dies ist identisch mit dem Bandabstand zwischen Valenzband und Leitungsband, der als Bandlücke bezeichnet wird. Dadurch werden in den Atomen zuvor fest gebundene Elektronen (Valenzband) in einen Zustand angehoben, in dem sie sich frei bewegen können (Leitungsband). Die Elektronen können damit zum Stromtransport im Halbleiter beitragen, gelten also als aktiviert. Die Aktivierungsenergie kann entweder mittels thermischer Energie oder Stößen mit Teilchen (z.B. Photonen) zugeführt werden (siehe Generation von Ladungsträgern).

Für einen dotierten Halbleiter ist die Energie, um einen freien Ladungsträger zu erzeugen, weitaus geringer. Die Dotieratome bilden Energieniveaus in der Bandlücke. Die Aktivierungsenergie ist damit der Unterschied zwischen diesen Energieniveaus und dem nächstgelegenen Band. Für p-dotierte Halbleiter ist es damit der Unterschied zwischen Dotierniveau und Valenzband, für n-Halbleiter der Unterschied zwischen Dotierniveau und Leitungsband.

Siehe dazu: Zustandsdichte.