Kimyasal Tepkimelerin Gerçekleşme Şartları: Çarpışma Teorisi

Çevresel Koşulların Kimyasal Tepkimelere Etkisi

Yaşamın kaynağı kimyasal tepkimelerdir; her an her yerde birçok kimyasal tepkime aynı anda gerçekleşmektedir. Bu tepkimelerin büyük kısmı olumlu iken bir kısmı da canlılar için olumsuz sonuçlara yol açabilir. Metal ürünlerin paslanması, tahtadan elde edilen malzemelerin çürümesi, gıda ürünlerinin bozulması gibi tepkimeler canlı yaşamını olumsuz etkiler; bazı yöntemlerle bu tepkimelerin gerçekleşmesini geciktirmek veya önlemek mümkündür. Örneğin paslanma çok yavaş gerçekleşen bir kimyasal tepkimedir: demir oksijen ile tepkimeye girerek pası oluşturur; nem, elektrokimyasal paslanma süreci için gerekli iyonların taşınmasını sağladığından demir ile oksijen arasındaki tepkimeyi hızlandırır.

Çevresel koşulların kimyasal tepkimeler üzerinde önemli bir etkisi vardır. Kimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için ortamın pH, sıcaklık ve basınç değerlerinin uygun olması sağlanmalıdır. Sıcaklık, basınç, pH gibi değişkenlerin yanı sıra rüzgâr hızı, nem oranı, güneş ışığı gibi faktörler de kimyasal tepkimeleri etkileyen önemli değişkenlerdir. Tepkimelerin gerçekleşebilmesi için uygun çevresel şartların sağlanmasının yanı sıra tepkime verecek olan maddelerin birbiri ile temas etmesi, yani taneciklerin çarpışması da gereklidir.

Çarpışma Teorisi

Bir kimyasal tepkimenin gerçekleşebilmesi için tepkimeye girecek taneciklerin çarpışması gerekir. Ancak her çarpışma sonucunda ürün oluşmaz; ürün oluşması için taneciklerin etkin çarpışma yapması gerekir. Etkin çarpışma için tanecikler:

• uygun geometride çarpışmalı,
• yeterli kinetik enerjiye sahip olmalıdır.

Kinetik enerjisi düşük iki taneciğin çarpışması sonucunda taneciklerdeki bağların kırılması olası değildir. Ancak kinetik enerjisi yeterince yüksek iki taneciğin ya da kinetik enerjisi çok yüksek bir tanecik ile düşük kinetik enerjili bir taneciğin çarpışması sonucunda taneciklerdeki bağların kırılması olasıdır. Bir kimyasal tepkimenin gerçekleşebilmesi için çarpışan taneciklerin sahip olmaları gereken minimum toplam kinetik enerjiye tepkimenin eşik değeri (eşik enerjisi) denir. Kinetik enerjisi tepkimenin eşik değerine eşit ya da eşik değerinden büyük olan tanecikler etkin çarpışma yapabilir.

Çarpışma Geometrisinin Önemi

NO(g) + O₃(g) → NO₂(g) + O₂(g) tepkimesi, çarpışma geometrisinin önemini gösteren bir örnektir: azot monoksidin (NO) ozon (O₃) ile uygun geometride çarpışması durumunda NO₂ ve O₂ ürünleri oluşurken, uygun olmayan geometride gerçekleşen çarpışmada ürün oluşmaz. Bu durum, yalnızca yeterli kinetik enerjiye sahip olmanın tepkimenin gerçekleşmesi için yeterli olmadığını, taneciklerin doğru yönelimde de çarpışması gerektiğini göstermektedir. Çarpışma sırasında taneciklerin kinetik enerjisi, bağların kırılmasına yol açarak kimyasal tepkimenin gerçekleşmesini sağlar; böylece taneciklerin kinetik enerjisi bağlara etki ederek taneciklerin potansiyel enerjisini değiştirmiş olur.

Özet

• Kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesi hem uygun çevresel koşulları (pH, sıcaklık, basınç, nem, güneş ışığı) hem de tepken taneciklerinin çarpışmasını gerektirir; nem paslanma gibi tepkimeleri hızlandırabilir.
• Çarpışma teorisine göre yalnızca etkin çarpışmalar (uygun geometride ve yeterli kinetik enerjiyle gerçekleşen çarpışmalar) ürün oluşturur; taneciklerin sahip olması gereken minimum kinetik enerjiye eşik değeri denir.
• NO + O₃ → NO₂ + O₂ örneği, aynı kinetik enerjiye sahip taneciklerin bile yanlış geometride çarpıştığında ürün oluşturamayacağını gösterir; çarpışmadaki kinetik enerji tanecik bağlarının kırılmasını sağlayarak tepkimeyi başlatır.