Теорија за судирите

Теоријата на судирите, предложена од Макс Трауц^[1] и Вилијам Луис во 1916 и 1918, квалитативно објаснува како се одвиваат хемиските реакции и зошто брзината на одвивање е различна кај истите.^[2]. Оваа теорија се основа на идејата дека честичките од реактантите мораат да се судрат за да се случи хемиската реакција, но само одреден дел од вкупните судири ја имаат потребната енергија за делотворно поврзување, со што реактантите се претвораат во производи. Ова е вака, бидејќи само дел од молекулите имаат доволно енергија и точна (правилна) ориентација (или "агол") во моментот на судирот за да ги раскинат сите постоечки хемиски врски и да образуваат нови. Минималното количество на енергија потребно за судир е познато како активациона енергија. Честичките од различните хемиски елементи реагираат еден со друг со испуштање на активационата енергија при самиот судир. Доколку елементите реагираат, судирот е успешен, но доколку концентрацијата на барем еден од елементите е премногу ниска, ќе има помалку честички за да другите елементи реагираат и реакцијата ќе се одвива мошне побавно. Со зголемување на температурата, просечната кинетичка енергија и брзина на молекулите се зголемува, но ова незначително го зголемува бројот на судири. Брзината на реакцијата се зголемува со зголемување на температурата, бидејќи поголем дел од судирите ја надвладуваат активационата енергија.

Теоријата на судири е поврзана со хемиската кинетика.

Брзината на хемиската реакција тежнее да се зголеми заедно со концентрацијата - феномен објаснет од теоријата на судири.

Константа на брзината на хемиската реакција

Константата на брзината на реакцијата за бимолекуларна реакција во гасна фаза, според теоријата на судири е дадена со изразот:

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

• Z е честотата на судири.^[3]
• ${\displaystyle \scriptstyle \rho }$ е стерички фактор.^[4]
• E_a е активационата енергија на реакцијата.
• T е температурата.
• R е гасна константа.

Честотата на судири е дадена со: ${\displaystyle Z=N_{A}^{2}\sigma _{AB}{\sqrt {\frac {8k_{B}T}{\pi \mu _{AB}}}}}$

• N_A е Авогадров број
• σ_AB е реакцискиот напречен пресек
• k_B е Болцманова константа
• μ_AB е редуцирана маса на реактантите.

Квантитативен аспект

Да разгледаме една општа хемиска реакција:

A + B → C

Во теоријата на судири се смета дека двете честички A и B ќе се судрат ако нивното јадро се доближи кон периферијата на атомот. Областа околу молекулата A каде таа може да се судри со доближувачката молекула B се нарекува напречен пресек (σ_AB) на хемиската реакција и, во принцип, ја означува областа која соодветствува на круг чиј полупречник (r_AB) е сума на полупречниците на двете реагирачки молекули, за кои се претпоставува дека се сферични. Според ова, една движечка молекула ќе има волумен ${\displaystyle \scriptstyle \pi r_{AB}^{2}c_{A}}$ за една секунда, каде ${\displaystyle \scriptstyle c_{A}}$ е просечната брзина на честичката.

Наводи

1. 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] Архивирано на 26 јануари 2020 г.
2. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2. изд. (the "Gold Book") (1997). Семрежна поправена верзија: (2006–) "collision theory". doi:10.1351/goldbook.C01170
3. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2. изд. (the "Gold Book") (1997). Семрежна поправена верзија: (2006–) "collision frequency". doi:10.1351/goldbook.C01166
4. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2. изд. (the "Gold Book") (1997). Семрежна поправена верзија: (2006–) "steric factor". doi:10.1351/goldbook.S05998