محاكي سرعة التفاعل ونظرية التصادم
المعادلات في هذه المحاكاة
| [A], [B] | جزيئات A | جزيئات أكثر في الصندوق نفسه تعني تصادمات أكثر في الثانية، فيرتفع المعدل مع كل تركيز | |
|---|---|---|---|
| المعدل | التفاعلات في الثانية | محسوبة في الصندوق، ومتوسطة على آخر بضع ثوانٍ | |
| k | ثابت المعدل | كل ما يخص تصادمًا واحدًا: كم مرة تلتقي الجزيئات وكم تصادمًا يملك طاقة كافية |
بالقيم الحالية:
| Ea | طاقة التنشيط Ea (kJ/mol) | أقل طاقة يحتاجها التصادم، على الخط الواصل بين المركزين، لكسر الروابط القديمة؛ التفاعلات الحقيقية بين 40 و200 kJ/mol، وهي أصغر هنا لتتمكن من مشاهدتها | |
|---|---|---|---|
| R | ثابت الغازات | 8.314 J/(mol·K) | |
| T | درجة الحرارة T (K) | ||
| الكسر | نسبة التصادمات ذات الطاقة الكافية | النظرية، مقابل النسبة المقيسة في الصندوق |
بالقيم الحالية:
| A | عامل التردد | كم مرة تتصادم الجزيئات في الاتجاه الصحيح؛ يتغير قليلًا مع درجة الحرارة | |
|---|---|---|---|
| k ÷ k(300 K) | التسارع مقارنةً بدرجة حرارة الغرفة | عند Ea = 50 kJ/mol، يضاعف التسخين بمقدار 10 °C المعدل تقريبًا |
بالقيم الحالية:
| f(E) | توزيع ماكسويل–بولتزمان للطاقات | المخطط: المساحة على يمين الخط الأحمر هي نسبة الجزيئات التي طاقتها أكبر من Ea؛ وتكبر بسرعة كلما تسطح المنحنى عند T أعلى |
|---|
كيف تستخدم محاكي سرعة التفاعل
- يحتوي الصندوق على جزيئات A حمراء وB زرقاء تطير وترتد بعضها عن بعض. حين تصطدم A بـ B بقوة كافية، بطاقة على امتداد الخط بين مركزيهما أكبر من طاقة التنشيط، تتفاعلان: ومضة، ويحل محلهما جزيء C أخضر.
- ارفع درجة الحرارة: تسرع الجزيئات، ويزداد كسر التصادمات ذات الطاقة الكافية أسرع بكثير من عدد التصادمات. أضف مزيدًا من A أو B فتزداد التصادمات في الثانية. فعّل «أضف حفّازًا» لخفض الحاجز وشاهد كيف تقفز السرعة عند درجة الحرارة نفسها.
- قارن كسر تصادمات A–B التي تفاعلت، المعدود في الصندوق، بـ e^(−Ea/RT) الذي تتنبأ به النظرية. ويبين الرسم توزيع ماكسويل-بولتزمان للطاقات، مع طاقة التنشيط كخط أحمر: الذيل المظلل بعده هو ما يتفاعل.
الأسئلة الشائعة
ما نظرية التصادم؟
الجزيئات لا تتفاعل إلا حين تتصادم، بطاقة كافية وتوجيه مناسب. السرعة هي عدد التصادمات في الثانية مضروبًا في الكسر الناجح منها. مزيد من الجزيئات في الحيز نفسه يعني تصادمات أكثر؛ ودرجة حرارة أعلى تعني تصادمات أكثر، والأهم بكثير، كسرًا أكبر بطاقة كافية.
لماذا تسرّع زيادة صغيرة في درجة الحرارة التفاعل كثيرًا؟
لأن كسر التصادمات ذات الطاقة الأكبر من طاقة التنشيط هو e^(−Ea/RT)، الذي يزداد بسرعة كبيرة مع T. لـ Ea معتادة قدرها 50 kJ/mol، الانتقال من 25 °C إلى 35 °C يرفع ذلك الكسر بنحو 90%: القاعدة العملية بأن 10 °C تضاعف السرعة. ولا يرتفع متوسط طاقة الجزيئات إلا 3%.
كيف يعمل الحفّاز؟
يقدم للتفاعل مسارًا آخر بطاقة تنشيط أقل، مثلًا بإمساك الجزيئات على سطح في الوضع المناسب. وهكذا تتجاوز تصادمات أكثر بكثير الحاجز عند درجة الحرارة نفسها. لا يُستهلك الحفّاز ويسرّع التفاعل الأمامي والعكسي بالقدر نفسه، فلا يغيّر موضع الاتزان.
لماذا طاقات التنشيط هنا صغيرة جدًا؟
لكي ترى التفاعلات تحدث. بطاقة تنشيط حقيقية من 50 إلى 100 kJ/mol في درجة حرارة الغرفة، لا ينجح إلا تصادم واحد من كل 10⁹ إلى 10¹⁸، وفي صندوق من 160 جزيئًا لن يتفاعل أي منها في وقت أطول بكثير مما ستنتظر. تستخدم المحاكاة من 2 إلى 25 kJ/mol؛ والمعادلات هي نفسها، ونسبة أرينيوس تبين ما ستفعله Ea أكبر.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.