Question

اشرح نظرية التصادم لتفسير كيفية حدوث التفاعل الكيميائي

الإجابة هي :: 

نظريات سرعة التفاعل

لقد تم وضع عدد من النظريات لتفسير كيفية حدوث التفاعل الكيميائي.

- أهم هذة النظريات نظريتان هما نظرية التصادم ، نظرية الحالة الانتقالية (نظرية المعقد المنشط).

- فسرت نظرية التصادم كيفية حدوث التفاعل على الاساس الظاهري للعيان أما نظرية المعقد المنشط ففسرت حدوث التفاعل الكيميائي بطريقة ما يحدث داخل الجزيئات عند خضوعها لتفاعل.

نظرية التصادم Collision Theory

- تختلف سرعة التفاعلات الكيميائية بأختلاف خواص الدقائق المتفاعلة (الذرات أو الجزئيات أو الأيونات) وبإختلاف ظروف التفاعل.

- لتوضيح كيف تحصل التفاعلات الكيميائية وسبب اختلاف سرعتها وضعت نظرية التصادم.

فروض نظرية التصادم

(1) يحصل التفاعل الكيميائيى نتيجة تصادم دقائق المواد المتفاعلة مع بعضها وافترضت النظرية بأن شكل الدقائق المتصادمة كروية.

(2) سرعة التفاعل تتناسب طردياً مع عدد التصادمات الحاصلة بين دقائق المواد المتفاعلة في وحدة الزمن. حيث كلما زاد عدد التصادمات بين دقائق المواد المتفاعلة زادت احتمالية حدوث التفاعل.

(3) لا تكون جميع التصادمات فعالة وتقود إلى تكوين نواتج وذلك بدلالة أن عدد الأصطدامات الحاصلة بين الدقائق عدد هائل ويبلغ حوالي 1x 1027 اصطدام فى الثانية الواحدة بين جزئيات غاز حجمه واحد لتر في الظروف الأعتيادية. فلهذا إذا كان مثل هذا العدد الهائل من الأصطدامات يؤدي إلى تكوين نواتج لأكتملت جميع التفاعلات في لحظة خلط المواد المتفاعلة. لذلك فأن معظم الأصطدامات غير فعالة ولا تؤدي إلى نواتج.

شروط الأصطدام الفعال

لكي يكون الأصطدام فعالاُ يجب أن يتوافر الشرطان الأتيان:

(1) أن تمتلك الجزئيات المتصادمة حد أدني من الطاقة الكامنة فيها للتغلب على قوة التنافر فيما بينها عند الاصطدام وتكسر روابط المواد المتفاعلة وتحويلها إلى نواتج . ويسمى الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتفاعل بطاقة التنشيط Activation energy

(2) أن يكون اتجاه الجزئيات المتصادمة مناسباُ أى تكون الجزئيات بوضع فراغي (هندسي) مناسب وبالاتجاه الصحيح عند التصادم والذي يؤدي إلى تكوين النواتج المطلوبة.لتوضيح ذلك لندرس الشكل التالي:

بعض أنواع التصادمات بين جزئيات N2O , NO فى الحالة الغازية 

(أ) اصطدام فعال يؤدي إلى تكوين نواتج

(ب) ، (جـ) تصادمات غير فعالة وذلك لأن اتجاه الجزئيات المتصادمة غير صحيح.

تفسير التصادم الفعال والتصادم غير الفعال

مما تقدم نجد أنه ولكى يحدث التفاعل حسب هذة النظرية لابد من امتلاك الجزيئات الحد الأدننى من طاقة التنشيط وأن يكون تصادمها موجهاً فراغياً بالاتجاه الصحيح.

- أن من المعلوم أن الطاقة الداخلية (الكلية) لأية دقيقة متحركة تساوي مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة التي تمتلكها، والجزيئات المتحركة بسرعة كبيرة تمتلك طاقة حركية عالية وطاقة كامنة واطئة.

- فعند اقتراب جزيئتين متحركتين بسرعة كبيرة من بعضهما فأن جزء من الطاقة الحركية لكل منهما سوف يتحول إلى طاقة كامنة وذلك بسب حصول التنافر بينهما والناتج عن وجود الالكترونات في اغلفتهما الخارجية، وفى لحظة التصادم تتوقف الجزيئتان عن الحركة وتتحول الطاقة الحركية لكل منهما إلى طاقة كامنة للتصادم. 

- فأذا كانت هذة الطاقة أقل من من طاقة التشيط للتفاعل فأنهما سوف ترتدان عن بعضها دون أن يحصل تفاعل بينهما (اصطدام غير فعال Noneffective Collision) كما فى الشكل أعلاة (ب) ، (جـ)

- وفي حالة امتلاكها لطاقة حركية كافية فسوف تندغعان بقوة كبيرة وبسرعة عالية تمكنها من التغلب على قوة التنافر والدخول فى التفاعل (اصطدام فعال Effective Collision) الشكل أعلاه (أ)

عيوب نظرية التصادم 

- فشلت نظرية التصادم فى إعطاء القيم الحقيقة لسرع التفاعلات عند اختبارها.

- يعود سبب الفشل لهذة النظرية بالأساس على أفتراضها بأن الجزيئات جميعها كروية الشكل وهذا فى وافع الحال لا ينطبق الأ على عدد ضئيل جداُ من الجزيئات التى هي أحادية الذرة.

- أقترح العلماء نظرية جديدة لتفسير كيفية حدوث التفاعل وهي نظرية الحالة الأنتقالية أو تسمى نظرية المعقد المنشط

Answer 1

نظرية التصادم Collision Theory

- فى التفاعل الكيميائي يجب أن تتصادم جزئيات المواد المتفاعلة لتكوين النواتج.

- يمثل الشكل التالي التفاعل بين جزئيات A2 , B2 لتكوين AB.



- يجب أن تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة معاً لتكوين جزئيات AB.

- لذا يوضح الشكل نظرية التصادم التى تنص على وجوب تصادم الذرات والأيونات والجزيئات بعضها ببعض لكي يتم التفاعل.

اتجاه التصادم وتكوين المعقد النشط

 - فى تفاعل غاز أول أكسيد الكربون CO مع غاز ثاني أكسيد النيتروجين NO2 الذي يحدث عند درجة حرارة أعلى من 500K.

- تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون وغاز أول أكسيد النيتروجين.

- عند حساب عدد الاصطدامات بين الجزيئات في كل ثانية تكون النتيجة محيرة ؛ إذ يكوِّن قليل فقط من هذه الاصطدامات نواتج.

- يبين الشكل التالي أربعة احتمالات لاتجاهات التصادم بين جزئيات CO , NO2



(1) لا تؤدي التصادمات فى كل من الحالتين (a) , (b) إلى حدوث التفاعل لأن الجزئيات لا تسطيع تكوين روابط لأنه لكى يؤدي الاصطدام إلى حدوث تفاعل يجب أن ترتبط ذرة الكربون من جزئ CO مع ذرة أكسجين من جزئ NO2 فى لحظة الاصطدام وهذه هي الطريقة الوحيدة لتتكون رابطة مؤقتة ولكن الحالتين (a), (b) الجزئيات تتصادم بشكل غير مناسب حيث لا تلامس ذرة الكربون ذرة الأكسجين في لحظة التصادم فترتد الجزيئات دون تكوين روابط.

(2) فى الشكل (C) يكون اتجاة الجزيئات مناسباً أثناء التصادم حيث يحدث التفاعل وتنتقل ذرة اكسجين من جزئ NO2 إلى جزئ CO وعندما يحدث ذلك تتكون جسيمات عمرها قصير تسمى المعقد النشط Activated Complex

(3) فى الشكل (d) لا يؤدي التصادم إلى تفاعل لعدم توافر طاقة كافية لحدوق التفاعل للك لا يحدث تفاعل بين جزئيات CO , NO2  مالم تتصادم بقوة كافية. ويسمى الحد الأدني من الطاقة لدى الجزئيات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد النشط وإحداث التفاعل بطاقة التنشيط Ea) Activation energy)

الخلاصة: الجدول التالي يوضح فروض نظرية التصادم وشروط التصادم الفعال أو المثمر:



المعقد النشط Activated Complex

- هي حالة انتقالية غير مستقرة من تجمع الذرات  يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. ونتيجة لذلك قد يؤدي المعقد المنشط إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى.

- طاقة التنشيط Ea) Activation energy) هي الحد الأدني من الطاقة لدى الجزئيات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد النشط وإحداث التفاعل