نظرية التصادم

نظرية التصادم هي نظرية ابتكرها جميع من ماكس تراوتز بين عامي 1916 و1918 وذلك لتفسير حدوث التفاعلات الكيميائية ولتفسير اختلاف سرعة هذه التفاعلات بين بعضها .

تعتمد هذه النظرية على مبدأ وجوب حدوث اصطدام بين الجسيمات المتفاعلة من أجل حتى يتم التفاعل، ولكن قسم محدد فقط من مجمل التصادمات يملك الطاقة اللازمة لحدوث التلامس الفعال الذي يسبب تحول المتفاعلات إلى نواتج. يعود هذا الأمر إلى هنالك عدد محدد من الجزيئات يملك الطاقة اللازمة والتوجه المناسب (أوالزاوية المناسبة) أثناء لحظة التصادم من أجل كسر أي روابط موجودة وتشكيل أخرى جديدة. تدعى التصادمات الفعالة التي تؤدي إلى تشكيل النواتج بالتصادمات المثمرة.

يدعى الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لحدوث هذا التصادم بطاقة التنشيط.

سرعة التفاعل الكيميائي تنحى للازدياد مع الهجرز - وهي ظاهرة تشرحها نظرية التصادم.

ثابت المعدل

The rate constant for a bimolecular gas phase reaction, as predicted by collision theory is:

${\displaystyle k(T)=Z\rho \exp \left({\frac {-E_{a {RT \right)$ .

Z is the collision frequency.
${\displaystyle \scriptstyle \rho$
E_a هي طاقة التنشيط للتفاعل.
T هي درجة الحرارة.
R is gas constant.

وتواتر التصادم هو:

{\displaystyle Z=N_{A ^{2 \sigma _{AB {\sqrt {\frac {8k_{B T {\pi \mu _{AB

N_A هورقم أڤوگادرو
σ_AB هومبتر التفاعل
k_B هوثابت بولتسمان
μ_AB هي الكتلة المخفضة للمتفاعلين

إمعانات كمية

الاشتقاق

لذلك، تواتر التصادم الإجمالي، لكل جزيئات A، مع جميع جزيئات B، هو:

${\displaystyle N_{A ^{2 \sigma _{AB {\sqrt {\frac {8k_{B T {\pi \mu _{AB [A][B]=N_{A ^{2 r_{AB ^{2 {\sqrt {\frac {8\pi k_{B T {\mu _{AB [A][B]=Z[A][B]$

من توزيع ماكسويل بولتسمان يمكن استنتاج حتى جزء التفاعلات ذا الطاقة الأعلى من طاقة التنشيط هو ${\displaystyle e^{\frac {-E_{a {k_{B T$ . لذلك فمعدل التفاعل ثنائي الجزيئات للغازات المثالية سيكون:

${\displaystyle r=Z\rho [A][B]\exp \left({\frac {-E_{a {RT \right)$

حيث:

Z هوتواتر التصادم.
${\displaystyle \scriptstyle \rho$
E_a هي طاقة التنشيط للتفاعل.
T هي درجة الحرارة المطلقة.
R هي ثابت الغاز.

مدى سريان النظرية والعامل steric

Steric factor

ثوابت المعدل التجريبيون مقارنون بأولئك المتسقطين حسب نظرية التصادم لتفاعلات الحالة الغازية
Reaction	A (Azra frequency factor)	Z (تواتر التصادم)	Steric factor
2ClNO → 2Cl + 2NO	9.4 10⁹	5.9 10¹⁰	0.16
2ClO → Cl₂ + O₂	6.3 10⁷	2.5 10¹⁰	2.3 10^-3
H₂ + C₂H₄ → C₂H₆	1.24 10⁶	7.3 10¹¹	1.7 10^-6
Br₂ + K → KBr + Br	10¹²	2.1 10¹¹	4.3

نظرية التصادم يمكن تطبيقها على التفاعلات في المحاليل; في تلك الحالة، قفص المذيبقد يكون له مفعول على الجزيئات المتفاعلة والكثير من التصادمات يمكن حتى تحدث في التلاقي الواحد، مما يؤدي لأن تكون العوامل preexponential المتسقطة كبيرة جداً. قيم ρ أكبر من الواحد يمكن حتى تـُعزى إلى إسهامات entropic مواتية.

ثوابت المعدل التجريبية مقارنون باولئك المتسقطين حسب نظرية التصادم لتفاعلات في محلول
التفاعل	المذيب	A 10^-11	Z 10^-11	Steric factor
Br + OH^-	OH	4.30	3.86	1.11
+ I	C₂H₅OH	2.42	1.93	1.25
ClCH₂CO₂^- + OH^-	ماء	4.55	2.86	1.59
C₃H₆Br₂ + I^-	OH	1.07	1.39	0.77
HOCH₂CH₂Cl + OH^-	ماء	25.5	2.78	9.17
+ CH₃I	إثانول	8.49	1.99	4.27
CH₃(CH₂)₂Cl + I^-	CO	0.085	1.57	0.054
N + CH₃I	C₂H₂Cl₄	-	-	2.0 10^-6

المصادر

^ Trautz, Max. Das Gesetz der Reaktionsgeschwindigkeit und der Gleichgewichte in Gasen. Bestätigung der Additivität von Cv-3/2R. Neue Bestimmung der Integrationskonstanten und der Moleküldurchmesser, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Volume 96, Issue 1, Pages 1 - 28, 1916, [1]
^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "collision frequency".
^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "steric factor".
^ Moelwyn-Hughes