ما هي شروط التصادم ؟ .. وأنواعة

نظرية التصادم

نظرية التصادم هي نظرية يتم استخدامها من أجل معرفة المعدلات الكيميائية وتحديداً معدل الغازات داخل هذه المعدلات، كما تعتمد نظرية الاصطدام على افتراض انه من أجل ان يتم التفاعل الكيميائي لابد من الضروري أن تندمج جميع الأنواع المتفاعلة معاً مثل الذرات والجزيئات مع بعضها البعض او أن يتم التصادم بينهم وبالرغم من ذلك جميع الاصطدامات التي تحدث ليس من الضروري أن تجدث تغيراً كيميائياً إلا في حالة واحدة وهي أن تكون جميع الأنواع داخل التفاعل الكيميائي تملك القدرة على حدوث تغيير كيميائي بسبب إمتلاكها حد أدنى من الطاقة الداخلية.

يتطلب تحقيق تفاعل كيميائي ناجح أن تكون الطاقة الداخلية للجزيئات المتفاعلة مساوية للطاقة اللازمة لتنشيط التفاعل، وأن تتصادم الأنواع المتفاعلة بطريقة مواتية لإعادة ترتيب الذرات أو الإلكترونات الموجودة، وهذا ما يعتمد عليه نظرية التصادم. ويمكن حساب ترددات الجزيئات التي تحدث عند التصادم بدرجات محددة بدقة أكبر من أجل حساب الغازات، حيث تعتمد نظرية التصادم على تطور الغازات.

من أجل فهم حركات التفاعلات الكيميائية وفهم العوامل التي تؤثر على الخصائص الحركية، يجب أولا فهم التفاعل على المستوى الجزئي وفقا لنظرية الاصطدام داخل التفاعل. حيث يحدث التصادم بين جزيئات المواد الفعالة داخل التفاعل الكيميائي ليحدث التفاعل. لذا، يجب توجيه الجزيئات الموجودة داخل المواد المتفاعلة بشكل صحيح لتسهيل كسر الروابط وتشكيل روابط جديدة، بالإضافة إلى إعادة تشكيل الذرات التي تساهم في تكوين الجزيئات النهائية.

عندما يحدث اصطدام جزئي للمواد، يعني ذلك أن هذه الجزيئات تكون لديها أدنى حد للطاقة الحركية اللازمة لحدوث اصطدام فعال. وبالتالي، تختلف نسبة الطاقة داخل كل تفاعل، والتي تعرف بطاقة التنشيط. لذلك، يعتمد توازن التفاعل على طاقة التنشيط، حيث تعتمد تفاعلات ذات طاقة تنشيط عالية على عدد قليل من الجزيئات التي تمتلك الطاقة الكافية لحدوث اصطدام فعال. يجب أيضا وجود محفز للتفاعل الفعال ولكن دون استهلاكه بأي شكل من الأشكال. يوفر المحفز وسيلة لتسهيل التفاعل والحصول على المنتجات النهائية. لذا، عند حدوث العديد من التفاعلات الكيميائية، يتم فحصها أيضا باستخدام المحفزات.

شروط نظرية التصادم

• يشترط حدوث تصادم بين الجزيئات أو الذرات لحدوث التفاعل.
• يشترط حدوث تفاعل كيميائي فعال وقوي، حدوث تصادم نشط بما يكفي لتحطيم الرابط الكيميائي، ويُطلق على هذه الطاقة اسم طاقة التنشيط.
• عندما يحدث ارتفاع في درجات الحرارة، فإن الجزيئات أو الذرات تتحرك بسرعة أكبر وبقوة أكبر مما يزيد من احتمالكسر الروابط عند الاصطدام.
• يتمثل حدث تفعيل الطاقة في الحد الأدنى للطاقة التي ينتجها التصادم بين المواد المتفاعلة، والتي تؤدي إلى حدوث التفاعل الكيميائي.
• من شروط حدوث نظرية التصادم وحدوث التفاعلات الكيميائية هو أن تتصادم الجزيئات أو الذرات بالقاعدة الأساسية لتفسير ردة الفعل.
• عندما تتصادم الجزيئات بشدة لكسر الروابط ويتم تكرار الاصطدام، يجب أن يكون الاصطدام متناسبًا مع كثافة الغازات. وإذا زاد التركيز وتكرار الاصطدام، سيؤدي ذلك إلى نفس التأثير حيث يؤثر معدل تصادم الجزيئات على معدل التفاعل الإجمالي.

أنواع نظرية التصادم

التصادم المرن

التصادم المرن هو التصادم الذي لا تحدث فيه أي خسائر أو نتائج سلبية في الطاقة الحركية داخل النظام المتصادم. يتكون التصادم المرن من سلسلة من التصادمات المرنة، ويجب أن يكون التصادم بسرعة متساوية وأن يحدث دون أي خسائر في السرعة. هذا هو التصادم المرن الذي لا ينفق أي طاقة. من أمثلة التصادم المرن هو تصادم الذرات والغازات، وبعض اصطدامات الميكانيكا التي تؤدي إلى تجاهل فقد الطاقة. تعتبر أيضا أمثلة للتصادم المرن تصادم كرات البلياردو الصلبة.

التصادم غير المرن

الاصطدام غير المرن هو نوع من الاصطدام الذي يؤدي إلى فقدان في معدل الطاقة الحركية، ولكن يتم الحفاظ على الاصطدام غير المرن. في هذا النوع من الاصطدام، تنتقل الطاقة الحركية إلى أي شيء آخر، ومن الممكن أن تؤثر الطاقة الحرارية والطاقة الصوتية أيضا على المواد. ونظرا لوجود المغناطيس في بعض مواد الاصطدام، فإنه يؤثر على الجزيئات بحيث يتحدون معا ويصبحون كتلة واحدة. ويتسبب ذلك في فقدان كبير في الطاقة الحركية، ولكن ذلك لا يعني أن الطاقة الحركية ضرورية لحدوث الاصطدام. وهناك نوعان من الاصطدامات، وهما الاصطدام المرن والاصطدام غير المرن، على سبيل المثال، عندما ترتد الكرة بعد سقوطها من ارتفاع عال، فإن ذلك يعتمد على مدى صلابة الكرة. يطلق على ذلك النوع من الاصطدامات اصطداما غير مرن.

نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي

ترتبط نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي بمعدل التفاعلات الكيميائية، إذ يمكن لمعدلات التفاعل الكيميائي أن تتغير بشكل كبير بسبب عدة مقاييس مثل نطاق الاختلاف الحجمي بين المواد المتفاعلة وزمن التفاعل. وقد يحدث بعض التفاعلات الكيميائية بشكل سريع جدا، مثل انفجار الألعاب النارية، في حين يحدث بعضها الآخر بشكل بطيء، مثل صدأ الأسلاك التي تتأثر بالعوامل الجوية وقد تستغرق سنوات لحدوثها.

العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي

هناك أربعة عوامل رئيسية يمكن أن تؤثر على معدل تفاعل كيميائي لحدوث نظرية التصادم، وهي كالتالي:

• معدّلُ تركيزِ المادةِ الفعالةِ يؤدي إلى زيادةِ معدّلِ التفاعلِ الكيميائيِ، كما يؤدي زيادةُ المادةِ الفعالةِ إلى حدوثِ تصادمٍ بنسبٍ أكثرَ بسبب هذهِ المادةِ الفعالةِ وخلالَ فترةِ زمنيةٍ محدّدةٍ.
• الحالة الفيزيائية للمواد الفعالة وأيضا تتأثر بمساحة السطح. يمكن أن تكون جزيئات المواد الفعالة متواجدة في مراحل مختلفة، تشبه ما يحدث في الخليط المتجانس. وبالمثل، فإن معدل التفاعل الكيميائي سيكون مقيدا بمساحة السطح المتلامسة للمواد، مثلما يحدث عند اندماج مواد تفاعلية من نوع الفلز الصلب مع مادة تفاعلية غازية أخرى. في هذه الحالة، تصبح الجزيئات المتواجدة على السطح القادرة على التصادم مع جزيئات الغاز، وذلك بسبب زيادة المساحة المتاحة على السطح، مما يؤدي إلى زيادة معدل التفاعل.
• تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة معدل التفاعل، حيث تزيد الطاقة الحركية لجزيئات المواد الفعالة، وبالتالي يكون معدل الاصطدام أكبر من معدل الجزيئات اللازمة لحدوث التفاعل، وهذا يعني أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل.