Két molekula reakciójának szükséges feltétele, hogy az ütközési kinetikus energiájuk nagyobb legyen az aktivációs energiánál. De ez elégséges is? Gondolom, nem. Mi kell a sikeres reakcióhoz?

Ez egy jó kérdés. Sajnos ennyire sosem mentem bele a témába, de talán megfelelő szögben is kell eltalálniuk egymást a reakció beindulásához.

Inkább várd meg a többi válaszadó reagálását is, engem is érdekel a téma.

Igen, ez roppant izgalmas téma, azonban messze túlmutat eme weboldal keretein. Amennyit megértettem belőle, azt nagyvonalakban leírom, a részletezést és a bonyolult matematikát mellőzve.

Első közelítésben tekintsük Arrhenius tapasztalati egyenletét a k reakciósebességre vonatkozóan:

k = A e^(- Ea/RT)

Ea: aktiválási energia

R: egyetemes gázállandó

T: abszolút hőmérséklet

Könnyen belátható, hogy minél kisebb Ea aktiválási energia illetve minél nagyobb a T abszolút hőmérséklet, annál sikeresebbek az ütközések, mert a k reakciósebesség is annál nagyobb.

Az ember oldalát fúrhatja az ismeretlen: Ea és T mellett mi az A preexponenciális tényező, mi lehet A-ban elrejtve? Két elméletet ismertetnék:

I. Ütközési elmélet

II. Aktív komplex elmélete

I. Ütközési elmélet:

Tételezzük föl, hogy A és B anyag reagál és P anyag képződik:

A + B --> P

Vezessük be az Ω ütközési keresztmetszet fogalmát:

Ω = σ^2 π = (rA+rB)^2 π

rA és rB: gömbnek tekintett A és B molekulák sugarai

Vagyis minél nagyobb rA és rB, annál nagyobb az Ω ütközési keresztmetszet és annál sikeresebb az ütközés is. A másik sávban veled szemben közlekedő kamion mellett elhaladsz, de egy előtted hirtelen keresztbe fordulóba jó eséllyel beledurrandasz.

Vezessük be a p sztérikus (térbeli) tényezőt:

Már írták előttem helyesen, az ütközés szöge is számít. Valóban, a p sztérikus tényező a geometriai hatásokat veszi figyelembe. Egy egyszerű, azonban szemléletes mechanikai példa: próbálj ütéssel eltörni egy lécet; lapjával könnyebb, mint élével. Tanulság: lehetnek olyan irányok, amelyekből a molekula könnyebben "támadható".

Írjuk föl most már a k reakciósebességet:

k = p {Ω NA (8kT/πμ)^1/2} e^(- Ea/RT)

NA: Avogadro állandó

k: Boltzmann állandó

μ=m1m2/(m1+m2) redukált tömeg

II. Aktív komplex elmélete:

Az AB# aktív állapotot (átmeneti állapotot) feltételezzük:

A + B --> AB# --> P

Vezessük be a κ (kappa) transzmissziós együtthatót: amely annak valószínűsége, hogy az AB# aktív komplex termékké alakul és nem vissza kiindulási A és B anyagokká. A legtöbb reakcióra κ transzmissziós együttható értéke 0,5 és 1,0 közé esik.

Írjuk föl most már a k reakciósebességet:

k = κ (kT/h) e^(- ΔG#/RT)

h: Planck állandó

ΔG#: aktiválási szabadentalpia

Felhasználva a ΔG#= ΔH#-TΔS# összefüggést:

k = κ (kT/h) e^(ΔS#/R) e^(- ΔH#/RT)

ΔS#: aktiválási entrópia, amelynek nagysága arról tájékoztat, hogy az AB# aktív komplex szerkezete mennyiben tér el az A és B reagensek szerkezetétől.

ΔH#: aktiválási entalpia, az aktiválás energiaigényét jelenti.

Ez már nekem is sok volt basszus, ha egymás közelében laknánk, akkor folyamatosan fizethetnéd a söröket...

Akkor még egyszer összefoglalásként az [1] Arrhenius tapasztalati egyenlet, [2] ütközési elmélet és a [3] aktív komplex elmélete:

[1]: k = A e^(- Ea/RT)

[2]: k = p {Ω NA (8kT/πμ)^1/2} e^(- Ea/RT)

[3]: k = κ (kT/h) e^(ΔS#/R) e^(- ΔH#/RT)

/Forrás: Dr. Liszi János: Fizikai kémia, Veszprémi Egyetemi Kiadó, 1993./