المناهج

كيف تطبق نظرية التصادم

تعريف نظرية التصادم

  • نظرية التصادم هي نظرية تستخدم من أجل التنبؤ بمعدلات التفاعلات الكيميائية خاصة بالنسبة للغازات؛ فـ العلاقة بين نظرية التصادم وسرعة التفاعل ، تعتمد على

فرض أنه من أجل حدوث تفاعل فمن الضروري أن تتجمع الأنواع المتفاعلة من الذرات أو الجزيئات معاً ، وتتصادم مع بعضها البعض .

  • وعلى الرغم من ذلك، لا تحدث جميع الاصطدامات تغيراً كيميائياً ، لن يكون التصادم فعال في إحداث تغيير كيميائي ، إلا إذا امتلكت الأنواع مجتمعة حد أدنى معين

من الطاقة الداخلية ، ويساوي طاقة التنشيط للتفاعل.

  • تقوم نظرية الاصطدام بشرح سبب حدوث التفاعلات المختلفة بمعدلات مختلفة ، وتقدم العديد من الطرق من أجل تغيير معدل التفاعل ، حيث أن نظرية التفاعل تنص

على أنه من أجل حدوث تفاعل كيميائي ، يجب أن تتصادم الجسيمات المتفاعلة مع بعضها البعض .

  • وفقًا لنظرية الاصطدام ، “يُفترض أن تكون جزيئات المواد المتفاعلة كريات صلبة ويفترض أن التفاعلات تحدث فقط عندما تتصادم هذه الكرات (الجزيئات) مع

بعضها البعض ، ولذلك كان من المهم تحديد عدد التصادمات التي تحدث من أجل تكوين منتجات حتى نتمكن من الحصول

على صورة واضحة للتفاعل ، ومن هنا جاء مصطلح تكرار الاصطدام .

  • يمكن فهم تردد الاصطدام على أنه عدد الاصطدامات في الثانية لكل وحدة حجم من خليط التفاعل. يُشار إليه عمومًا بواسطة Z.

مثال على ذلك التفاعل الأولي ثنائي الجزيء التالي:

P + Q → المنتج

الآن وفقًا لنظرية الاصطدام ، يمكن إعطاء معدل التفاعل أعلاه من خلال:

السعر = ZPQe − EaRT…………. (1)

أين:

ZPQ = تردد تصادم المواد المتفاعلة P و Q

Ea = طاقة التنشيط

R = ثابت الغاز العالمي

T = درجة الحرارة في المقياس المطلق

  • أحد العوامل الأخرى التي أثرت بشكل كبير على معدلات التفاعلات الكيميائية هي طاقة التنشيط (Ea) ، وتم إعطاء مصطلح طاقة التنشيط بواسطة Arrhenius ،

وهو الحد الأدنى من الطاقة التي يجب أن تمتلكها المواد المتفاعلة من أجل تكوين منتج أثناء تفاعل كيميائي.

تطبيق نظرية التصادم اثناء التفاعل الكيميائي

لابد من أن يحدث تصادم للجزيئات كي تتفاعل ؛ فمن أجل بدء التفاعل بشكل فعال ، وصحيح لابد أن تكون التصادمات نشطة بشكل كافي ، وهي الطاقة الحركية من أجل

كسر الروابط الكيميائية ، حيث تعرف تلك الطاقة بطاقة التنشيط .

عند ارتفاع درجة الحرارة نجد أن الجزيئات تتحرك بشكل سريع ، وتصطدم بقوة كبير ؛ فذلك يعمل على زيادة احتمالية كسر الرابطة أثناء الاصطدام ، وتعتبر طاقة التنشيط

هي الحد الأدنى من الطاقة التي يجب أن تتصادم بها المواد المتفاعلة من أجل حدوث التفاعل .

تعمل نظرية التصادم على توفير شرح نوعي للتفاعلات الكيميائية ، وكذلك معدلات حدوثها ، حيث أنه من المبادئ الأساسية لنظرية الاصطدام ، أنه لكي يحدث التفاعل يجب

أن تتصادم الجزيئات ، وتعتبر هذه القاعدة أساسية لأى تحليل لآلية رد فعل عادية .

يعتبر التوجه الجزيئي والاصطدامات الفعالة إذا اصطدم جزيئين بطاقة تنشيط كافية ؛ فليس هناك ما يضمن نجاح التصادم في الواقع تشرح نظرية الاصطدام أنه ليس كل

تصادم ناجح ، حتى إذا كانت الجزيئات تتحرك بطريقة كافية .

تحتاج الجزيئات إلى الاصطدام بالاتجاه الصحيح ، بحيث تصطف الذرات المناسبة مع بعضها البعض ، ويمكن أن تتكسر الروابط ، ويعيد تشكيلها بالطريقة اللازمة ؛ فعلى

سبيل المثال في تفاعل الطور الغازي لأكسيد ثنائي النيتروجين مع أكسيد النيتريك ؛ فيجب أن تصل نهايى الأكسجين لأكسيد النيتروز إلى نهاية النيتروجين لأكسيد النيتروجين .

ما هي طاقة التفعيل

هي عبارة عن طاقة التنشيط التي تُعد الحد الأدنى من الطاقة التي تحتاج إليها الجسيمات المتفاعلة في أي تفاعل معين لحدوث التفاعل الكيميائي ، إذا لم يحدث اصطدام

الجسيمات بطاقة كافية من أجل تزويد طاقة التنشيط ؛ فإنها ببساطة لا تتفاعل ، حيث يجب توفير طاقة التنشيط قبل حدوث التفاعل .

من أجل بدأ أي تفاعل كيميائي يجب كسر الروابط الكيميائية في المواد المتفاعلة ، وذلك الأمر يحتاج إلى طاقة ، حيث أن الطاقة اللازمة لبد التفاعل تعرف باسم طاقة التنشيط،

وفي بعض الأحيان تكون طاقة التنشيط منخفضة ، بحيث يمكن أن يبدأ التفاعل في درجة حرارة الغرفة دون تسخين .

معادلة أرهينيوس

تشير معادلة أرهينيوس إلى أن جميع الجزيئات التي لديها طاقة أكبر من ، أو تساوي طاقة التنشيط سوف تتصادم من أجل تكوين منتجات ، ولكن ذلك الأفتراض لم يكن

صحيح بالنسبة لكل ردود الفعل ، حيث تم ملاحظة قدر كبير من الانحراف في التفاعلات التي تنطوى على العديد من الجزيئات المعقدة .

بعض الجزيئات التي لديها طاقة كافية ، وهي طاقة التنشيط لم تتصادم من أجل تكوين المنتج ، فقد عدد قليل منهم كون تصادمات فعالة ، وتلك التصادمات أدت إلى تكوين

المنتجات، وجد العلماء أن الطاقة الحركية للجزيئات ليست الوحيدة التي يمكنها أن تحكم التفاعل .

وتوصلوا إلى أن الجزيئات التي لديها طاقة التنشيط ، والتوجيه المناسب خلال الاصطدام هي الوحيدة التي يمكنها تشكيل المنتجات ؛ فطاقة التنشيط والتوجيه بشكل

صحيح للجزيئات المتفاعلة معاً ، يمكنهم تحديد حالة التصادم الذي سوف ينتج عنه تكوين منتجات تعتبر بمثابة تصادم التفاعل.

نظرية التصادم وتأثيرها على خصائص الروابط الكيميائية

للروابط الكيميائية بعض خصائص النوابض الكيميائية ، حيث أنها :

  • تعتمد طاقتها المحتملة على مدى شدها أو ضغطها .
  • يمكن أن توصف كل رابطة من ذرة إلى ذرة من خلال مخطط طاقة كامنة يمكنه توضيح كيف يتم تغيير طاقتها مع طولها .
  • عند امتصاص الرابطة للطاقة ، أما عن طريق التسخين ، أو من خلال التصادم ، يتم رفعها إلى حالة اهتزازية بكمية أعلى .

نظرية التصادم في التفاعلات أحادية الجزيء

تبدأ العمليات أحادية الجزيء بالتصادم أيضاً ، منذ عام 1921 لم يستطع الكيميائيون فهم دور الاصطدامات في العمليات أحادية الجزيء ، حيث اتضح أن آليات مثل تلك

التفاعلات تعتبر معقدة للغاية ، وإنها في ضغوط منخفضة بشكل كبير ، توصف تلك التفاعلات بشكل صحيح بأنها جزيئية كاذبة.

المعايير اللازمة قبل حدوث تفاعل ثنائي الجزيء

  • يجب أن يكون تردد الاصطدام أكبر من عامل التردد للتفاعل .
  • يجب حدوث التصادم في الاتجاه الصحيح .
  • لابد من حدوث تصادم بين المتفاعلات .
  • يجب أن تكون طاقة الاصطدام أكبر من طاقة التنشيط للتفاعل.

كيف سيؤثر التغيير المعطى على معدل التفاعل الأولي

  • زيادة في حجم أحد المواد المتفاعلة في تفاعل ثنائي الجزيء .
  • وزيادة في تركيز المادة المتفاعلة .
  • زيادة في درجة الحرارة .
  • وزيادة طاقة التنشيط للتفاعل .

معدل التصادم وتأثيره

فلكي يحدث التفاعل الكيميائي الأولي يجب التغلب على عتبة الطاقة المعروفة بطاقة التنشيط ،  ويجب أيضاً أن يكون للأنواع المتفاعلة الاتجاه المكاني الصحيح ، حيث تقدم

نظرية الاصطدام تفسير نوعي للتفاعلات الكيميائية ؛ فيجب أن تؤثر العوامل التي تزيد من معدل التفاعل على واحد على الأقل مما

يلي :

  • كم مرة تحدث الاصطدامات .
  • التصادمات الأكثر فعالية التي تحدث مع طاقة كافية .
  • تصادمات أكثر فعالية من حيث الاصطدامات التي تحدث مع الاتجاه الصحيح .
  • الاصطدامات المتكررة التي تحدث بمعدل أسرع .
السابق
المسافة التي يقطعها الضوء في السنة
التالي
تعريف نظرية التصادم