TEPKİMELERDE ÇARPIŞMA TEORİSİ VE HIZ | SANATSAL EĞİTİM
İki veya daha fazla maddenin birbirleriyle etkileşime girerek yeni madde veya maddeler oluşturmaları olayına "kimyasal tepkime" veya "kimyasal reaksiyon" denir. Kimyasal reaksiyonların hızı ile ilgilenen kimya dalına "tepkime kinetiği" denir.
Bazı maddelerin kısa sürede tepkimeye girmesi; örneğin doğalgaz + O2, benzin + O2 gibi maddeler, H2 ve O2 nin reaksiyonu, oda sıcaklığında kendiliğinden tutuşan beyaz fosfor, barutun bir kıvılcımla patlaması gibi olaylar anlık gerçekleşen olaylardır.
Bazı tepkimeler ise bize uzun süre fark ettirmeden yavaş yavaş gerçekleşir, örneğin demirin paslanması.
Yukarıda saydığımız ve saymadığımız birçok sebep, kimyasal reaksiyonların hızının bilinmesini önemli kılmıştır. İlaçların tepkime hızları dikkatle incelenerek hassas bir biçimde elde edilir. Neden, çünkü vücuda alındıktan itibaren kana emilip hücrelere ulaşma ve vücutta oluşturacakları reaksiyon ve sonuç vermeye başlayacakları süre önemlidir.
Aralarında kimyasal bir reaksiyon oluşturabilen maddeler bir araya getirildiklerinde genellikle aralarında bir tepkime gerçekleşmez. Tepkimenin gerçekleşmesi için bu maddelerin moleküllerinin uygun bir geometride ve yeterli bir hızda çarpışması gerekir. Moleküller uygun hız ve geometride ne kadar çok çarpışıyorsa tepkime o kadar hızlı gerçekleşir. İşte bu olaya "çarpışma teorisi" denir.
Tepkimeye giren maddelere reaktifler denir. Reaktiflerin tepkimeye girebilmesi için bir enerjiye sahip olmaları gerekir. İşte reaktiflerin tepkimeye girebilmeleri için sahip olmaları gereken minimum enerji miktarına "Aktifleşme enerjisi" ya da "Aktivasyon enerjisi" adı verilir, Ea ile gösterilir.
Katalizör Maddelerin Tepkimeye Etkisi
Katalizör maddelerin işlevi nedir? Katalizör maddeler aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimenin daha az enerji harcanarak daha hızlı biçimde gerçekleşmesini sağlarlar. Tepkime hızı ile eşik enerjisi (aktifleşme enerjisi) arasında ters orantı vardır. Eşik enerjisi düştükçe tepkime hızı artar.
Bazı maddelerin tepkimeye girebilmesi için belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması gerekir. Sıcaklık artınca moleküllerin hareket hızı artar ve çarpışmaları da buna bağlı olarak artar. Çarpışma hızı ve geometrisi uygun bir noktaya gelince tepkime gerçekleşir.
Eşik enerjisi pozitif işaretli olup sıcaklığa bağlı değildir. Yani reaktiflerin sıcaklığı ile aktifleşme enerjisi değişmez. Belki tepkime için verilmesi gereken enerji miktarı değişir. Neden? Çünkü, maddenin gerekli enerjinin bir kısmını bulundurmasından dolayı.
Eşik enerjisine ulaşmış ama henüz tepkimeye girmemiş reaktiflerin oluşturduğu geçici yapıya "aktifleşmiş kompleks" adı verilir. Aktifleşmiş kompleks maddelerin maksimum enerjili halleridir. Madde elektronları birbiri içine girmiş olup molekülleri ayırt etmek mümkün değildir. Ancak bu durum fazla sürmez. Maddeler enerjilerini düşürerek kararlı hale geçme eğilimindedir. Bunun için ya tepkimeye girerek yeni maddeler oluşturacak ya da tepkimeye girmeden önceki hallerine geri döneceklerdir.
İleri ve Geri Aktifleşme Enerjisi
Maddelerin yeni bir bileşik oluşturmaları için sahip olmaları gereken en düşük enerji miktarına "İleri Tepkimenin Aktifleşme Enerjisi" ( Eai) adı verilir. Bu enerjiye sahip maddeler aktifleşmiş kompleks oluşturmuş durumdadır.
Eğer bir bileşik kendisini oluşturan maddelere dönecekse yine bir aktifleşme enerjisine ihtiyacı vardır. Bu enerji miktarına "Geri Tepkimenin Aktifleşme Enerjisi" (Eag) adı verilir.
İleri ve Geri Tepkime
Birden fazla maddenin etkileşime girerek yeni bir madde meydana getirmesine ileri tepkime, oluşan bu maddenin kendisini meydana getiren maddelere ayrışmasına ise geri tepkime adı verilir.
Bir kimyasal tepkimenin net enerji değişimi ileri aktivasyon ve geri aktivasyon enerjileri arasındaki farka eşittir.
Endotermik tepkimelerde reaksiyona giren maddelerin entalpileri toplamı ürünlerin entalpileri toplamından daha küçüktür. Böyle reaksiyonlar dışarıdan ısı alarak gerçekleşebilir. Bu tür tepkimelerde girenlerin aktifleşme enerjisi, ürünlerin aktifleşme enerjisinden büyüktür. (Eai > Eag)
Ekzotermik tepkimelerde girenlerin entalpileri toplamı, ürünlerin entalpileri toplamından daha büyüktür. Bu tür tepkimeler oluşurken ortama ısı verilir. Bu tepkimelerde ileri aktifleşme enerjisi geri aktifleşme enerjisinden küçüktür. (Eai < Eag)
ΔE = Eai  Eag
ΔE > 0 ise tepkime endotermiktir. Tepkimenin gerçekleşmesi için dışarıdan enerji (ısı) verilmiştir.
ΔE < 0 ise tepkime ekzotermiktir. Tepkime oluşurken ortama enerji (ısı) verilmiştir.
Yukarıdaki grafikte P1 reaktiflerin yani tepkimeye girecek maddelerin potansiyel enerjilerini göstermektedir. P3 ise aktivasyon enerjisidir. Tepkimenin gerçekleşmesi için gerekli enerji miktarını göstermektedir. P2 ise meydana gelen ürünlerin potansiyel enerjisini gösteriyor. Bu grafikten aşağıdaki sonuçları çıkarabiliriz.
1. Ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerin potansiyel enerjisinden büyüktür. Bu nedenle ΔE > 0 dır. Tepkime endotermiktir.
2. Tepkimenin aktivasyon enerjisi P3 'tür. Tepkimenin gerçekleşmesi için P3  P1 kadar enerji verilmiştir. Bu enerji ileri aktivasyon enerjisidir.
3. Ürünlerin potansiyel enerjisi P2'dir.Ürünler meydana gelirken enerjilerinin bir kısmını ortama salmışlardır.
4. Tepkime entalpisi ΔH = P2  P1 dir.
Yukarıdaki grafik ekzotermik bir tepkime grafiğini göstermektedir. Grafiği aşağıdaki biçimde okuyabiliriz.
1. Girenlerin potansiyel enerjisi P2, ürünlerin potansiyel enerjisi P1 dir.
2. İleri aktifleşme enerjisi Eai = P3  P2, geri aktifleşme enerjisi Eag = P3  P1 dir.
İleri aktivasyon enerjisi geri aktivasyon enerjisinden küçüktür.
3. Tepkime entalpisi P2  P1 dir.
4. X2 + Y2 → 2XY denklemine göre XY oluşurken ortama ısı verilmiştir.
Reaksiyon Hızlarının Hesaplanması
Kimyasal Tepkimelerin Derecesi