نظرية التصادم وسرعة التفاعل: متى يكون التصادم فعالًا؟

الخلاصة السريعة

تفسر نظرية التصادم حدوث التفاعل عندما تتقابل الجسيمات بطاقة كافية واتجاه مناسب لإعادة ترتيب الروابط. التصادم الفعال يجمع الشرطين؛ أما مجرد تلامس الجسيمات فلا يعني تكوّن نواتج. ^[3]

• اتجاه مناسب دون طاقة كافية لا يكفي، كما لا تكفي الطاقة مع اتجاه غير مناسب في هذا النموذج. ^[3]
• الجهة التي تواجه الجزيء الآخر تؤثر في احتمال اتصال الذرات التي ستكوّن الروابط الجديدة. ^[2]
• الحالة الانتقالية ترتيب غير مستقر؛ وقد تتجه الجسيمات بعدها إلى النواتج أو تعود إلى المتفاعلات. ^[1]
• ارتفاع الحرارة يزيد نسبة الجسيمات القادرة على تجاوز حاجز التنشيط، وليس طاقة متساوية لكل الجسيمات. ^{[1] [3]}
• عدد التصادمات الكلي لا يساوي عدد التصادمات الفعالة؛ فالطاقة والاتجاه يحددان فرص التفاعل. ^[3]

لماذا يهم اتجاه التصادم؟

في المثال التعليمي لتفاعل CO مع O2، يكون اقتراب طرف الكربون من الأكسجين أوفق لتكوين CO2 من مواجهة طرف الأكسجين. فالتركيب المستهدف يجعل الكربون بين ذرتي أكسجين. المثال يوضح أثر الاتجاه، ولا يثبت نجاح كل مواجهة أو يختصر جميع خطوات التفاعل. ^[2]

يمكن تصور ثلاث مواجهات: اتجاه غير مناسب، واتجاه مناسب بطاقة منخفضة، واجتماع الاتجاه والطاقة الملائمين. يساعد هذا الفصل على فهم أن إكمال شرط واحد لا يعوض نقص الآخر. ^[3]

ماذا يحدث عند تجاوز حاجز التنشيط؟

تصل الجسيمات إلى ترتيب انتقالي تتغير خلاله الروابط. هذا الترتيب ليس ناتجًا مستقرًا نضيفه إلى المعادلة؛ فهو قصير العمر، ويمكن أن يعود إلى جانب المتفاعلات بدل إكمال التحول. ^[1]

لنموذج افتراضي حاجزه 40 كيلوجول/مول، تكون مواجهة بطاقتها 25 دون العتبة. وصول مواجهة أخرى إلى 45 يحقق شرط الطاقة، لكنه لا يلغي الحاجة إلى الاتجاه المناسب. هذه أرقام تعليمية وليست قياسًا لتفاعل CO. ^[3]

يتيح العامل المساعد مسارًا بديلًا قد يتطلب حاجزًا أصغر. تفسير ذلك يخص الطريق إلى النواتج؛ فلا يعني أن المادة المساعدة تزود كل جزيء بالطاقة نفسها. ^[1]

كيف تتغير التصادمات الفعالة مع الظروف؟

الجسيمات في العينة لا تتشارك طاقة حركية واحدة. عند التسخين يتغير توزيع الطاقات، فتصبح نسبة أكبر قادرة على عبور حاجز معين؛ لذلك لا يكون التفسير مجرد زيادة سرعة حركة الجميع بمقدار واحد. ^[3]

زيادة التركيز قد تزيد فرص اللقاء بين المتفاعلات؛ وعند صلاحية نموذج التصادم، يفيد ذلك إذا قادت اللقاءات إلى ترتيب مناسب بطاقة كافية. أما وصف التفاعل برقم التصادمات الكلي وحده فيغفل هذه الشروط. ^[1]

يربط هذا النموذج اللقاءات الجزيئية بتغير الروابط، ويشرح لماذا تختلف فرص النجاح بين التصادمات. لكنه لا يجعل كل اقتراب ناجحًا؛ فقرب الذرات وحده لا يحدد الطاقة أو اتجاه المواجهة. ^[3]

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي مع أمثلة.