Колизионна теория

За да разгледаме теорията на химичните колизии, нека вземем за пример следната реакция. Нека атомът А да реагира с двуатомната молекула ВС при което се образува нова двуатомна молекула АВ и атом С. Съгласно теорията на колизиите, молекулите трябва да се сблъскат, за да реагират. За този пример атом А трябва да се сблъска с молекула ВС, за да протече реакция. Освен това при удара те трябва да са правилно ориентирани в пространството, за да има ефективна колизия. Например за тази реакция, имаме молекулата В-С. Ако тя се доближи до атома А в тази ориентация, понеже ще се образува връзка между А и В, нека кажем, че това е правилната ориентация. Това е начинът, по който трябва да се случи ударът, за да протече реакцията. Но ако двуатомната молекула В-С се приближи от другата страна, да кажем, че атомът А е тук, и имаме С-В, тогава атомът С е близо до А и това не е правилната ориентация, за да протече реакция. Тук имаме Не. Трябва да има удар, но той трябва да е с правилната ориентация. И накрая, ударите трябва да имат подходящата енергия. Ако при един удар няма достатъчно енергия, молекулите, или в този случай атомът и молекулата просто ще отскочат един от друг. Ако имат достатъчно енергия, тогава удрящите се молекули ще вибрират достатъчно силно, за да се разкъсат връзките. Нека да го начертая. Започваме с определена енергия на реагентите. Тук ще представим енергията на реагентите. Имаме атом А и молекулата В-С в тази точка, и да кажем, че общата енергия е 20 килоджаула за мол. Когато атомът и молекулата се ударят, те трябва да имат необходимата енергия. Трябва да имат достатъчно енергия, за да разкъсат връзката между В и С. Значи се опитваме да разкъсаме тази връзка тук. И можем да намерим енергията на тази графика. Започваме с 20 килоджаула на мол, и трябва да отидем тук горе, при 60. Това е колко енергия е необходима, за да протече реакцията. Наричаме това активираща енергия, която се означава с това Еа тук. Това е активиращата енергия. Активиращата енергия е важна, защото това е минималното количество енергия, което е необходимо за започване на една химична реакция. За тази реакция виждаме, че са ни необходими 60 килоджаула на мол. Значи тази точка тук е 60 килоджаула на мол. Започваме с 20. 60 минус 20 е 40. Значи активиращата енергия за тази реакция, Еа, съгласно графиката, е +40 килоджаула на мол. Значи енергията на колизиите трябва да бъде по-голяма или равна на активиращата енергия, и тук най-горе имаме нашата преходна диаграма. Нека да начертая една възможна преходна структура за тази реакция. Образува се връзка между А и В. В същото време се разкъсва връзката между В и С. Това се нарича преходна структура, а това се нарича преходно състояние. Тази структура тук се нарича преходно състояние. Може да срещнеш и наименованието активиращ комплекс. Значи това е преходно състояние, или активиращ комплекс. И тук виждаш показани частични връзки. Връзката между В и С се къса. В същото време се образува връзка между А и В. Нека да помислим за едно сравнение. Да кажем, че имаме хълм. Това е моят хълм и нека спуснем една топка. Нека тук от тази страна на хълма да има една топка. Необходима е енергия, за да бутнем топката до върха на хълма. Нека да кажем, че имаме достатъчно енергия, за да докараме топката тук. Това не е достатъчно топката да се търкулне от другата страна на хълма. Топката ще се върне в изходно положение. Това прилича на случая с недостатъчна енергия, когато молекулите просто отскачат едни от други. Но ако имаме достатъчно енергия, ако топката е тук в началото, ако имаме достатъчно енергия, за да качим топката на върха на хълма, просто малко нагоре до върха, топката ще се търкулне надолу. И накрая ще се окаже тук долу в основата на хълма. Това напомня на образуването на нашите продукти. За нашия пример това е новата двуатомна молекула А-В. Нека да го начертая тук. Тук имаме А-В и С. Това са нашите продукти, а това е енергията на продуктите. Хайде да се върнем и да го намерим на диаграмата. Тук са нашите продукти. Каква е тази енергия? Отиваме дотук и намираме енергията, нека да кажем, че тя е 10. Да кажем, че тук е 10. Енергията на продуктите е равна на 10 килоджаула на мол, а енергията на продуктите за този пример е по-ниска от енергията на реагентите. Започнахме с 20 килоджаула за мол, а завършихме с 10 килоджаула за мол. За да намерим разликата в енергията, трябва да намерим промяната на енергията, това е енергията на продуктите минус енергията на реагентите. В този пример енергията на продуктите е 10 килоджаула за мол, имаме 10 минус енергията на реагентите. Започнахме с 20 килоджаула на мол. 10 минус 20 ни дава промяната на енергията, която е равна на –10 килоджаула за мол. На нашия чертеж можем да видим тази промяна на енергията тук. Това е промяната на енергията. Тук имаме отрицателна промяна на енергията. Записвам делта Е е равно на... това е отрицателно. Значи това е екзотермична реакция. Отделя се топлина. Запомни, за разкъсването на връзките е необходима енергия, а при образуването на връзки се отделя енергия, и при тази реакция се отделя топлина. Това представлява една енергийна графика на екзотермична реакция. Сега да вземем друга примерна реакция. Тук долу имаме кривата на реакцията. Започваме с енергията на реагентите ето тук. Това е енергията на реагентите, 20 килоджаула на мол. Знаем, че за да достигне тази точка тук, това представлява енергията на активиращия комплекс. Значи това е активиращият комплекс, това са около 80 килоджаула за мол. Тази разлика в енергията е нашата активираща енергия. Това е Еа. Това представлява активиращата енергия, която за тази реакция е 80 минус 20 е равно на 60 килоджаула за мол. Стигнахме дотук. Стигнахме до преходно състояние, или активиращ комплекс, и това е енергията на продуктите. Ето е енергията на продуктите за тази реакция. Виждаме, че енергията на продуктите е по-висока от енергията на реагентите. Тя е ето тук, да кажем, че това е 40. Да кажем, че това е 40 килоджаула за мол. Каква е промяната на енергията тук? Промяната на енергията за тази реакция, повтарям, това е енергията на продуктите, минус енергията на реагентите, така че това е 40 килоджаула на мол. Значи 40 килоджаула на мол минус 20, с които започнахме. 40 минус 20 ни дава промяната на енергията, която е + 20 килоджаула на мол. Това е тази разлика тук. Промяната на енергията за тази реакция е положителна. Това е ендотермична реакция. В предишния пример имахме екзотермичен процес, където се отделя топлина, а тук имаме ендотермична реакция. Това представлява ендотермична реакция, при която се поглъща топлина.