El término colisión se refiere a la colisión de partículas o moléculas. De acuerdo con la teoría de la colisión, cuando las partículas chocan (chocan) entre sí, se produce una reacción química. Además, las moléculas de los reactivos deben colisionar, aunque esto puede no ser suficiente para la reacción química. La colisión de moléculas debe ser suficiente para producir los productos deseados después de la reacción química. El proceso de colisión efectivo, por otro lado, determinará las cualidades y propiedades del producto resultante. Como resultado, se requiere comprender la teoría de la colisión para comprender y determinar los productos resultantes.
La teoría de colisión de las reacciones químicas y su cinética ha logrado avances significativos que son críticos en el mundo acelerado de hoy. Ya sea agua potable envasada, botellas de agua, plantas de producción de acero, los vehículos de motor más rápidos o implantes biológicos diseñados sintéticamente, todos implican una reacción química de alguna forma. Para obtener una mejor comprensión de estos eventos químicos, Max Trautz y William Lewis crearon la Teoría de colisión de las reacciones químicas en 1916-1918, que se basó en la teoría cinética de los gases. Todos hemos oído hablar de la teoría cinética de los gases. Explica el comportamiento de los gases imaginándolos como un enjambre de partículas, moléculas o átomos que se mueven en direcciones aleatorias.
Colisiones Moleculares: Teoría de Colisiones
Es una regla simple que más moléculas conducen a más colisiones. Como resultado, la fracción de colisión está determinada por el número de partículas involucradas en la colisión. Se requiere la colisión de moléculas antes de la reacción química. Las colisiones deben tener suficiente energía cinética para iniciar una reacción entre ellas. La ruptura de la unión ocurrirá solo si la fuerza de colisión es fuerte. Las colisiones dependen de la temperatura: cuanto mayor sea la temperatura, más colisiones. Las colisiones se vuelven más violentas a temperaturas más altas. Debido a que las moléculas neutras tienen un nivel de energía más bajo, no pueden romper enlaces ni participar en el proceso de colisión, mientras que las moléculas con suficiente energía sí lo harán. Doblar, estirar y torcer el enlace son parte del proceso de reacción. Como resultado, el proceso requiere moléculas energéticas.
Teoría de Colisión de Reacciones Químicas
“Se supone que las moléculas de los reactivos son esferas duras, y se supone que las reacciones ocurren solo cuando estas esferas (moléculas) chocan entre sí”, según la hipótesis de la colisión. Entonces, era necesario cuantificar el número de colisiones que ocurrían para producir productos para tener una imagen clara de la reacción, por lo que se acuñó el término frecuencia de colisión. El número de colisiones por segundo por unidad de volumen de la mezcla de reacción se denomina frecuencia de colisión. Comúnmente se representa con la letra Z. Eche un vistazo a la siguiente reacción elemental bimolecular:
P + Q → Producto
Según la teoría de las colisiones, la velocidad de la reacción anterior viene dada por:
Tasa = Z PQ ρe −Ea/RT
Dónde:
Z PQ = frecuencia de colisión de los reactivos P y Q
E a = Energía de Activación
R = constante universal de gas
T = Temperatura en escala absoluta
ρ = es el factor estérico
La energía de activación es otra cantidad que tiene un impacto sustancial en las velocidades de los procesos químicos (E a ). Arrhenius utilizó el término energía de activación para describir la cantidad mínima de energía que deben tener los reactivos para generar un producto durante una reacción química.
De acuerdo con la ecuación de Arrhenius, cualquier molécula con energías mayores o iguales a la energía de activación chocará para producir productos. Sin embargo, este no fue el caso para todas las reacciones. En reacciones que involucran compuestos complicados, hubo un gran nivel de variación. Algunas moléculas con suficiente energía (energía de activación) no chocaron para producir el resultado. Solo unos pocos de ellos tuvieron colisiones efectivas que resultaron en la producción de productos. Los investigadores descubrieron que la energía cinética de las moléculas no es el único factor que gobierna la reacción. Descubrieron que solo las moléculas con la orientación correcta y el umbral de energía (energía de activación) durante la colisión producirán productos. Para tener en cuenta las colisiones efectivas, crearon el factor de probabilidad P.
En pocas palabras, la energía de activación y la orientación adecuada de las moléculas que interactúan juntas proporcionan la condición para una colisión eficiente, que da como resultado la producción de productos. En la teoría de la colisión, la velocidad de una reacción se rige tanto por la energía de activación como por la colisión efectiva.
Área de superficie de teoría de colisión
Cuando el área de la superficie es grande, hay más moléculas presentes y más moléculas pueden reaccionar entre sí, lo que da como resultado una colisión o una velocidad de reacción más altas. Como resultado, cuanto mayor sea el área de superficie, más rápida será la respuesta. Además, según la hipótesis de la colisión, si la superficie de las moléculas es mayor, tienen más energía y aumentan las velocidades de reacción.
Tipos de teoría de colisión
- Colisión elástica: Un accidente elástico ocurre cuando la energía cinética y la cantidad de movimiento del sistema se conservan. La colisión de distintas partículas subatómicas es principalmente elástica en este caso. El impacto de dos bolas de vidrio o acero, por ejemplo, suele ser elástico. Las fuerzas involucradas en las colisiones inelásticas son de naturaleza conservativa.
- Colisión inelástica: Una colisión inelástica es aquella en la que no se conserva la energía cinética y solo se conserva el momento. Todos los días nos encontramos con numerosas colisiones que en su mayoría son inelásticas.
Una colisión ineficaz (A) es aquella que no da como resultado la formación de producto. Una colisión efectiva (B) es aquella en la que se rompen los enlaces químicos y se forma un producto.
Energía de activación
La energía de activación es la cantidad más pequeña de energía requerida por las partículas que reaccionan en cualquier reacción dada para que esa reacción ocurra. Las partículas no reaccionan a menos que choquen con suficiente energía para producir la energía de activación. Antes de que ocurra una reacción, se debe dar la energía de activación. Para comenzar una reacción química, se deben romper los enlaces químicos de los reactivos, lo que consume energía. La energía requerida para iniciar la reacción se conoce como energía de activación. Cuando la energía de activación es lo suficientemente baja, la reacción puede comenzar a temperatura ambiente sin calentarse.
Problemas de muestra
Pregunta 1: ¿Cómo funciona la teoría de la colisión?
Responder:
Se supone que las moléculas de los reactivos son esferas duras en la teoría de la colisión, y se supone que las reacciones ocurren solo cuando estas esferas (moléculas) chocan entre sí. No es necesario que todas las colisiones den como resultado la síntesis de productos; la energía de activación y la orientación apropiada de las moléculas que interactúan establecen la condición para una colisión que resultará en el desarrollo de productos.
Pregunta 2: ¿Cuál es la diferencia entre colisión efectiva e ineficaz?
Responder:
Las especies que reaccionan en una reacción química solo pueden producir productos si entran en contacto o chocan entre sí. No se requiere que todas las colisiones den como resultado productos. Las colisiones entre especies que reaccionan y que dan como resultado el producto se denominan colisiones efectivas.
Pregunta 3: ¿La ecuación de Arrhenius es solo para la reacción de primer orden?
Responder:
La ecuación de Arrhenius expresa un vínculo entre la constante de velocidad, la temperatura absoluta y el factor A (también conocido como factor preexponencial; se puede visualizar como la frecuencia de colisiones correctamente orientadas entre partículas reactivas). Arroja luz sobre la relación entre las velocidades de reacción y la temperatura absoluta. Como resultado, se puede aplicar a cualquier orden de reacción.
Pregunta 4: ¿Qué es la energía de activación?
Responder:
La energía de activación se define como la energía adicional que debe suministrarse a las especies que reaccionan en su estado energético normal para que su energía alcance el umbral de energía.
Pregunta 5: ¿Dónde se usa la ecuación de Arrhenius?
Responder:
La ecuación de Arrhenius se utiliza para calcular el efecto del cambio de temperatura en la constante de velocidad. La temperatura y la constante de velocidad fueron matemáticamente relacionadas por Arrhenius.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por Prateek Sharma 7 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA