نظرية التصادم تفسر حدوث التفاعل كنتيجة لاصطدام الجسيمات المتفاعلة، إلا أنه ليس كل اصطدام يؤدي إلى التفاعل، بل يحتاج عدد محدد من التصادمات إلى طاقة كافية لحدوث التفاعل، وهذا يعود إلى الجزيئات التي تمتلك الطاقة الكافية والزاوية الملائمة أثناء التصادم، مما يساعد على كسر الروابط الكيميائية القائمة وتشكيل روابط جديدة، وتسمى هذه التصادمات الفعالة التي تؤدي إلى تشكيل المنتجات بالتصادمات المثمرة وفي هذا المقال عبر موقع مخزن سوف نساعدكم للتعرف على شروط التصادم وتفاصيل أكثر عنها.
نظرية التصادم تتطلب توفر شرطين أساسيين لحدوث تفاعل بين الجسيمات. لتوضيح شروط التصادم الفعّالة، هذه النقاط تعتبر مهمة:
في كثير من الحالات، يحدث اصطدام بين الجسيمات المتفاعلة دون أن يتم تفاعلها.
لإكمال عملية التصادم بنجاح، يجب توفر شرطين: الطاقة الكافية والاتجاه الصحيح لهذا التصادم. بدونهما، لا يحدث التصادم بالأساس.
يجب أن نفهم أن الاتجاه الصحيح للتصادم لا يكفي لحدوث تفاعل؛ بل يجب أن يتوفر إما الطاقة الكافية أو كلاهما لحدوث التفاعل.
في حال عدم توافر الطاقة الكافية، لن يحدث تفاعل أيًا.
ضروري اصطدام الجزيئات قبل حدوث التفاعل، فهذا يُعتبر قاعدة أساسية.
يجب التنويه أن الاصطدام يُشير إلى عدم انتقال العمليات الجزيئية. نظرية الحركية للغازات تُوضح أن كل ألف تصادم ثنائي يؤدي إلى حدوث حدث واحد فقط، وتجمع ثلاث جزيئات في الوقت نفسه.
لم تثبت حتى الآن حدوث تفاعلات أولية في التصادمات الرباعية، وهي تعتبر غير محتملة.
نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي
إن تردد التصادم يُستخدم لحساب معدل التفاعل، والذي يُعرف على أنه السرعة التي يتم بها تكوين المنتجات من المواد المتفاعلة. لذا، سنوضح كيفية حساب معدل التفاعل الكيميائي باستخدام نظرية التصادم بالطريقة التالية:
في حالة افتراض أن P و Q يُمثلان المواد المتفاعلة، فإن معدل التفاعل يُحسب بالصيغة التالية: ZPQ ρ e−Ea/RT.
هنا يُمثل ZPQ التردد الناتج من تصادم المواد P و Q، والضروري لحدوث التفاعل.
كما أن Ea يُمثل الطاقة اللازمة لبدء عملية التفاعل.
علاوة على ذلك، R يُمثل الثابت العالمي للغاز، و T يُمثل درجة الحرارة المطلوبة للتفاعل، وهي تُوفِّر الطاقة الحركية اللازمة لحدوث التصادم بين المواد.
يُعتبر P عامل الستيريو، والذي يُعرف على أنه النسبة بين القيمة التجريبية لثبات المعدل والقيمة المتوقعة بناءً على نظرية التصادم.
مفهوم التصادم المثمر
التصادم هو اللقاء القوي والفجائي الذي يحدث عندما يتفاعل جسمان معًا، ويُعرف أيضًا بأنه العملية التي يتغير فيها السرعة عندما يقترب جسمان. هذا التفاعل ليس بالضرورة يحدث عند اتصال الجسيمات، وإنما يحدث عندما يتفاعل الجسمان دون الضرورة للمس. يُمكن أيضًا وصف التصادم على أنه التقاء بين جزيئات وذرات يُحدث تبادلًا وتحويلًا للطاقة. من هنا، تتجلى القوى المؤثرة على الأجسام، حيث تنشأ هذه القوى نتيجة للتفاعل بين الجسمين ذاتهما.
فرضيات نظرية التصادم
في نظرية التصادم، هناك فروض تحتاج إلى التوضيح والتي تشمل النقاط التالية:
تعتمد سرعة التفاعل الكيميائي عادة على عدد التصادمات بين جزيئات المواد المشاركة خلال وحدة زمنية.
حدوث التصادمات بين جزيئات المواد المتفاعلة يُعتبر شرطًا أساسيًا لحدوث التفاعل الكيميائي.
يجب أن يكون التصادم بين جزيئات المواد المتفاعلة فعالاً لإكمال عملية التفاعل. التصادم الفعال هو الذي يؤدي إلى تكوين بعض المنتجات المطلوبة.
أنواع التصادم
كما ذكرنا من قبل يحدث التصادم عندما يقترب جسمان أو يتفاعلان، ولا يشترط أن يحدث هذا في وقت محدد أثناء التصادم. لذا، سنستعرض أنواع التصادم على النحو التالي:
التصادم غير المرن: يتسبب في فقدان الطاقة الحركية وتحويلها إلى طاقة صوتية أو حركية جديدة. يؤدي هذا النوع إلى تشوه المواد نتيجة تحويل الطاقة.
التصادم المرن: هو التصادم الذي لا يتسبب في فقدان صافٍ للطاقة الحركية عبر النظام نتيجة الاصطدام. يبقى مستوى الطاقة الحركية ثابتاً قبل وبعد التصادم ويصعب تحويله إلى أشكال طاقة مختلفة.
التصادم الغير مرن نهائياً: يحدث عند ارتباط جسمين بشكل دائم بمجرد حدوث التصادم، ويؤدي إلى خسارة كبيرة للطاقة الحركية.
العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل الكيميائي
التركيزات الموجودة للمواد المتفاعلة تؤثر على عملية التفاعل الكيميائي من خلال التناسب الطردي مع عدد التصادمات.
زيادة تركيز المواد المشاركة في التفاعل تعزز عدد التصادمات، مما يعزز تكوين المواد الجديدة.
طبيعة المادة تلعب دورًا كبيرًا في سرعة التفاعل؛ فتختلف المواد في سرعة تفاعلها استنادًا إلى تركيبها الكيميائي.
حالة المادة أثناء التفاعل تؤثر أيضًا؛ ففي الحالات الصلبة، يزداد التصادم مع زيادة مساحة سطح المواد المشاركة في التفاعل.
من ظروف الاصطدام المثمر
نظرية الاصطدام تشير إلى أن ليس كل تصادم بين الجزيئات ناجح، حتى عندما تمتلك الجزيئات الطاقة الكافية. في الحالات السائلة والغازية، تكون الحركة عشوائية، ويكون هناك دائمًا احتمالية لتصادم الجسيمات بالطريقة الصحيحة، وتتضمن شروط التصادم الناجح ما يلي:
وجود الجسيمات المتصادمة في المكان الصحيح بالنسبة للمسافة والاتجاه.
عدم فقدان الجسيمات المتصادمة للطاقة المنشطة.
من شروط التصادم الفعال أن يكون في الاتجاه الصحيح
شروط التصادم الفعّال تتضمن ضرورة توافر الاتجاه الصحيح حيث تعتمد نظرية الاصطدام على تفسير سبب حدوث العديد من التفاعلات الكيميائية بمختلف المعدلات:
هذه النظرية تُقدم عدة طرق لتغيير معدل التفاعل. لكن عبارة “الاتجاه الصحيح” في سياق الحديث تظهر غير دقيقة، فحدوث التصادم الفعّال يتطلب وجود طاقة كافية واتجاه صحيح للتصادم. بدون توافر الشرطين معًا، لا يحدث التصادم.
الاتجاه الصحيح لا يكفي بمفرده لحدوث التصادم الفعّال؛ لأن الشرط الأساسي هو وجود تصادم بين الجزيئات قبل أن يتفاعلوا.
يُقدم التصادم تفسيرًا لعدم شيوع العمليات الجزئية، حيث تشير نظرية الحركية للغازات إلى أن كل ألف تصادم ثنائي يُنتج حدثًا واحدًا فقط، ويُمكن تجميع ثلاثة جزيئات في وقت واحد فقط. أما التصادمات الرباعية، فهي غير محتملة، حيث لا يوجد دليل يثبت وجود تفاعلات أولية لهذه الظاهرة.
التصادم الفعال
تنص نظرية الاصطدام على وجود شروط معينة يجب توفرها لتنفيذ التفاعلات الكيميائية. يمكن تلخيص أهم هذه الشروط كما يلي:
تصادم الجزيئات: هو الشرط الأساسي لحدوث التفاعلات بين جزيئات المادة.
الطاقة الحركية: يتطلب التصادم الفعّال وجود طاقة حركية كافية لكسر الروابط الكيميائية؛ ولهذا السبب يُشار إلى الطاقة الحركية باسم “طاقة التنشيط”.
ارتفاع درجة الحرارة: عند ارتفاع درجة الحرارة، تزيد سرعة حركة الجزيئات، مما يؤدي إلى تصادمات عنيفة وكسر أقوى للروابط الكيميائية عندما تتصادم الجزيئات مع بعضها.
وترتبط بهذه الشروط بزيادة الطاقة الحركية الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة وتأثيرها على سرعة حركة الجزيئات، مما يُشجع على التصادمات القوية التي تؤدي إلى كسر روابط كيميائية بصورة فعالة.
