3.5.1. Thuyết va chạm hoạt động :
Thuyết này xem những phần tử chất phản ứng như những hạt có bán kính xác định. Khi các hạt chuyển động nó có một động năng Eiđ = 2 2 i iv m
. Khi 2 hạt A và B va chạm vào nhau thì năng lượng chung : E = EAđ + EBđ =
2 2 A Av m + 2 2 B Bv m
Tại lúc va chạm, động năng E chuyển thành thế năng. Có thể có 2 cách chuyển hóa tiếp theo của thế năng. (1) Nếu thế năng chuyển ngược lại thành năng lượng của chuyển động tịnh tiến thì các hạt bay theo chiều ngược lại - va chạm như thế gọi là va chạm đàn hồi. (2) Nếu
Chương 3 : ĐỘNG HÓA HỌC
năng lượng E đó lớn hơn (hay tối thiểu bằng) năng lựơng hoạt hóa Ea của phản ứng thì sự va chạm sẽ dẫn đến sự tiến triển của phản ứng.
Để cho sự va chạm là có hiệu quả E Ea thì các phân tử phải có năng lượng chênh lệch so với các phần tử bình thường, như đã nói ở trên - là các phần tử hoạt động - Số phần tử bình thường Z, số phần tử hoạt động Z* được tính tốn :
e Ea RT hay Z Ze Ea RT
Z
Z* / * /
Nhớ lại phương trình thực nghiệm của Arrhénius : lnk = - C hayk Ae B T
T
B /
Liên hệ phương trình này với thuyết va chạm hoạt động - là những va chạm của các phần tử hoạt động - Các phần tử khi va chạm có tổng năng lượng E Ea.
Kết hợp 2 phương trình này ta có : k = Ae-Ea/RT
Sự trùng hợp của dạng phương trình rút ra từ lý thuyết - thuyết va chạm hoạt động với dạng phương trình Arrhénius - rút ra từ thực nghiệm là một thành tựu của thuyết va chạm hoạt động.
Nhưng thuyết này có một số hạn chế :
- Chưa quan tâm đến vị trí va chạm của phần tử.
- Chưa chú ý đến việc đứt và ráp các liên kết, nó cịn phụ thuộc vào dạng phân bố. Chính những thiếu sót này của thuyết va chạm hoạt động đã tạo tiền đề cho sự ra đời cho thuyết trạng thái chuyển tiếp, là thuyết đã chú ý đến chi tiết hơn trong lúc va chạm giữa các phần tử.
3.5.2.Thuyết trạng thái chuyển tiếp (phức chất hoạt động)
Khi nhận năng lượng từ mơi trường ngồi, các phần tử trở nên hoạt động hơn - vì vậy kém bền hơn. Khi đó nếu các phần tử này va chạm vào nhau và nếu ngay liền khi ấy, các electron ngoài cùng được phân bố lại, liên kết mới được hình thành, sản phẩm mới đựơc tạo ra và năng lượng được giải phóng (do tạo liên kết mới). Nhưng khơng phải ngay khi va chạm thì liên kết cũ bị đứt ra và liên kết mới được hình thành một cách đột ngột mà khoảng cách giữa các nguyên tử (trong phân tử cũ và trong phân tử mới sắp hình thành) biến đổi một cách liên tục - người ta gọi trạng thái này là trạng thái chuyển tiếp (hoặc phức chất hoạt động) - nó khơng phải là một chất hóa học thực sự, chỉ là một trạng thái trung gian của trạng thái đầu và trạng thái cuối
Thí dụ : H I H I
+ +
H I H I
Lúc đầu 2 phân tử H2 và I2 ở xa nhau (đối với kích thước nguyên tử) khoảng cách giữa H và I rất lớn so với khoảng cách giữa H và H hoặc I và I. Khi các phân tử này nhận năng lượng, thì liên kết H - H và I - I bị đứt một phần làm cho khoảng cách H - H và I - I đã có xa hơn ra và khi 2 phân tử tiến lại gần theo đường nối tâm nguyên tử H với nguyên tử I theo khoảng cách giữa H và I từ tiến dần đến khoảng cách d bằng khoảng cách trong phân tử H - I. Lúc ấy phân tử H2 và I2 mất dần cá tính và dần dần hình thành nên H-I
H---------------I H---------I H-----I H - I
H---------------I H---------I H-----I H - I
(1) (2) (3)
(1), (2), (3) : trạng thái dần chuyển tiếp.