Válts MeRSZ+ -ra!

MeRSZ online
okoskönyvtár

Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.

Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Ütközési elmélet

A kémiai átalakuláshoz a reagáló anyagok részecskéinek ütközniük kell egymással. A kinetikus gázelmélet kapcsán láttuk (vö. 71. oldal), hogy a gázok és folyadékok molekulái állandó mozgásban vannak és ütköznek egymással. Az ózon és nitrogén-monoxid ekvimoláris gázelegyében 0 °C-on és 0,1 MPa nyomáson 1029 ütközés játszódik le köbcentiméterenként egy másodperc alatt. Minden egyes ütközés magában hordozza a kémiai átalakulás lehetőségét, így „pillanatszerű” reakciót várhatunk. A valóságban az átalakulás gyors (l. 174. oldal), de nem ,,pillanatszerű”. A HI-gázmolekulák bomlási reakciója nagyon lassú (l. 173. oldal), ugyanakkor a másodpercenkénti ütközések száma közel azonos az ózon és nitrogén-monoxid gázelegyében tapasztalttal.
Az ütközés szükséges előfeltétele a kémiai reakciónak, de nem minden ütközés vezet átalakuláshoz. Csak azok az ütközések hatásosak, amelyekben az átlagosnál nagyobb energiájú részecskék találkoznak. Ezt az energiaküszöböt nevezzük aktiválási energiának.
A reakciók túlnyomó többségénél az aktiválási energia a hőmozgásból származik. A Maxwell–Boltzmann-féle sebességeloszlási görbék (1.72. oldal) felhasználásával értelmezhetjük az aktiválási energia szerepét a kémiai reakciókban. A 100. ábrából látható, hogy a hőmérséklet emelésével nő az aktivált molekulák száma, amelyek az aktiválási energiánál nagyobb energiával rendelkeznek. Ezért növekszik a reakció sebessége is, mivel az ütközésekben nagyobb valószínűséggel találkoznak az aktivált molekulák. Kellően magas hőmérsékleten a molekulák nagy hányada rendelkezik az aktiválási energiával, ezért a reakció sebessége igen naggyá válik.
A kémiai folyamatok aktiválási energia igénye igen eltérő lehet. A szobahőmérsékleten jól mérhető sebességgel végbemenő reakciók aktiválási energiája 75–150 kJ/mol között van, vagyis a molekulák 10–20-10–10-ed része (!) tekinthető aktiváltnak. Az ennél kisebb aktiválási energiájú folyamatok gyakorlatilag ,,pillanatszerűek” (pl. a H+- és a OH–-ionok egyesülése vízzé), míg a nagyobb aktiválási energiát igénylő reakciók gyakorlatilag mérhetetlen lassan mennek végbe. Az Arrhenius-féle egyenlet linearizált formájának iránytangenséből
 
 
az aktiválási energia közvetlenül kiszámítható (99.b ábra).
Az aktiválási energián kívül a molekulák megfelelő térbeli orientációja is szükséges ahhoz, hogy az ütközés kémiai átalakulással járjon. Ez a feltétel akkor válik jelentőssé, ha a részecskék nagy méretűek. A térbeli orientáció vagy sztérikus faktor kismértékben már a HCI- és NH3-gáz reakcióját is befolyásolja. Az aktivált molekulák ütközése csak akkor lesz eredményes, ha a HCI-molekula H-atom felőli része ütközik az NH3-molekula N-atomjával (101. ábra).
 
100. ábra. A hőmérséklet hatása a gázmolekulák kinetikus energiaeloszlására. A görbék alatti vonalkázott terület jelenti az Ea-nál nagyobb energiával rendelkező molekulák számát. (Az ábrán az oxigénmolekulák energiaeloszlását mutatjuk be 30 °C-on és 350°C-on)
 
101. ábra. Sztérikus faktor szerepe a hidrogén-klorid reakciójában ammóniával, ill. tri-n-propil-aminnal. a) HCl + NH3 eredményes ütközése, b) HCl + NH3 eredménytelen ütközése, c) az ütközési „ablak” szerepe a HCl + N(CH2CH2CH3)3 reakcióban
Az NH3 helyettesített származékai, tercier aminok (pl. tri-n-propil-amin) reakciója sósavval még jobban megvilágítja a sztérikus faktor szerepét. A N-atom nagy méretű szubsztituensei viszonylag kicsi ütközési „ablakot” hagyva a HCl számára, jelentősen csökkentik az eredményes ütközés lehetőségét (101.c ábra).
 
Az ütközési elmélet segítségével értelmezni tudjuk az Arrhenius-féle tapasztalati egyenletben szereplő tényezőket. Az A konstans (akciókonstans) a reakcióra jellemző másodpercenkénti ütközések számának és a sztérikus faktornak a szorzatával adható meg. Az ütközési elmélet másik lényeges eleme, az aktiválási energia és a reakciósebesség hőmérsékletfüggése, a tapasztalati egyenlet hatványkitevőjében szerepel.
 
Általános és bioszervetlen kémia

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero
Kivonat
fullscreenclose
printsave