نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي

نظرية التصادم الجزيئي

نظرية التصادم (بالإنجليزية: Collision theory) هي نظرية تشرح سبب اختلاف سرعات حدوث التفاعلات الكيميائية المختلفة، تنص النظرية على أن حدوث التفاعل الكيميائي يشترط تصادم الجزيئات المتفاعلة مع بعضها بعضاً، حيث يعتمد معدل التفاعل على تواتر الاصطدامات، والتي تعتمد بدورها على الطاقة الحركية للجزيئات، وعندما تكون الاصطدامات ناجحة تؤدي إلى حدوث التفاعل.^[١]

يجب أن تصطدم الجسيمات المتفاعلة ببعضها البعض بطاقة كافية وبالاتجاه الصحيح، على سبيل المثال، إذا كان للجزيئين A و B أن يتفاعلا، فيجب عليهما الاقتراب بشكل يسمح بحدوث التصادم بشكل يكفي لتكسير روابطهما الحالية والسماح بإنشاء أي روابط جديدة مطلوبة في المواد الناتجة.^[١]

نظرية التصادم وطاقة التنشيط

طاقة التنشيط (بالإنجليزية: Activation energy) هي الحد الأدنى من كمية الطاقة التي تحتاجها الجسيمات المتفاعلة في أي تفاعل كيميائي لحدوثه، ولا تتفاعل الجسيمات إلا إذا اصطدمت ببعضها البعض بطاقة كافية لإنتاج طاقة التنشيط، لذلك يجب الوصول إلى طاقة التنشيط قبل حدوث التفاعل، حيث إنه لكي يبدأ أي تفاعل كيميائي، يجب كسر الروابط الكيميائية بين المواد المتفاعلة، للقيام بذلك، تحتاج المواد المتفاعلة لطاقة التنشيط اللازمة لفك الروابط فيما بينها، لتتمكن من التفاعل وتكوين نواتج التفاعل.^[٢]

لكن طاقة التنشيط وحدها ليست كافية لحدوث التفاعل، حيث إن اتجاه التصادم بين الجزيئات يلعب دوراً مهماً كذلك لتحديد حالة التصادم الذي سيؤدي إلى تكوين منتجات التفاعل، حيث يمكن وصفه بالتصادم الفعال، لذلك في نظرية التصادم، تحكم كل من طاقة التنشيط والتصادم الفعال معدل التفاعل.^[٢]

تصادم الجزيئات وسرعة التفاعل الكيميائي

وفقا لنظرية التصادم، فإنه يفترض أن التفاعلات تحدث فقط عندما تصطدم الجزيئات المتفاعلة ببعضها البعض، لذلك فإنه من المهم تحديد عدد التصادمات التي تحدث من أجل تشكيل المواد الناتجة للتمكن من الحصول على صورة واضحة عن التفاعل، ومن هنا جاء مصطلح تردد التصادم (بالإنجليزية: collision frequency) حيث يمكن وصف

تردد التصادم على أنه عدد التصادمات في الثانية لكل وحدة حجم من الخليط المتفاعل، ويشار إليه بالرمز Z.^[٣]

يستخدم تردد التصادم في حساب معدل التفاعل، حيث إن معدل التفاعل (بالإنجليزية: reaction rate) هو سرعة تكون المواد الناتجة من المواد المتفاعلة في التفاعل، ووفقاً لنظرية التصادم، يمكن حساب معدل التفاعل الكيميائي من خلال المعادلة الآتية:^[٣]

• لو افترضنا أن كلاً من P و Q تمثل المواد المتفاعلة، يكون معدل التفاعل= ZPQ ρ e−Ea/RT

حيث إن:

• ZPQ = تساوي تردد تصادم المواد المتفاعلة P و Q.
• Ea = تساوي طاقة التنشيط للازمة لحدوث التفاعل.
• R = ثابت الغاز العالمي.
• T = درجة الحرارة اللازمة للتفاعل، حيث توفر الحرارة الطاقة الحركية اللازمة للجزيئات لحدوث التصادم فيما بينها.
• ρ = هو العامل الستيري، وهو النسبة بين القيمة التجريبية لثابت المعدل والقيمة التي يمكن التنبؤ بها في نظرية التصادم.