Теорию активных столкновений разработал Аррениус.
Она основывается на том, что элементарный химический акт происходит в момент столкновения активных молекул. Активными называют молекулы, которые обладают энергией, превышающей энергию активации или равна ей. Согласно этой теории элементарная химическая реакция протекает мгновенно. Как видим, химические реакции происходят путем постепенной перестройки молекул и перераспределения энергии между химическими связями в молекулах.
Согласно молекулярно-кинетической теории количество соударении молекул с 1С очень большая, а доля активных молекул равна лишь 10-20 ... 10-10. Если эта доля меньше этой величины, скорость реакции очень мала, а если превышает его - реакция проходит быстро, иногда мгновенно. Энергия активации равна разнице между средней энергией активных и средней энергией всех столкновений молекул. Итак, чем выше энергия активации данной реакции, то за более высоких температур она происходит. Чтобы начался химический процесс, необходима активация.
Источники активации могут быть разными. Так, реакции между свободными атомами и радикалами не требуют активации, поскольку атомы и радикалы являются активными частицами. Реакции между ионами в растворе происходят с небольшой энергией активации, необходимой для дегидратации ионов. Некоторые реакции проходят под действием света (фотохимические реакции), электрических разрядов, ударов электронов, нейтронов, а-частиц и др.. В гомогенных газовых реакциях источником активации особенно благоприятные столкновения, доля которых определяется законом распределения Больцмана. Во время реакции каждая молекула газа меняет свое положение и скорость. При каждом столкновении двух молекул происходит перераспределение кинетической энергии между ними в зависимости под условий соударения, но сумма этих энергий остается постоянной. Итак, в каждый момент времени молекулы будут иметь разные скорости. Дж. К. Максвелл, используя теорию вероятности, установил закон распределения молекул по скоростям, по которым можно определить долю молекул, которые имеют среднюю скорость. Рассмотрим график распределения молекул по скоростям (рис. 3.4), где Vт-вероятная скорость, зависит от температуры. Так что с этой скоростью движется наибольшее количество молекул.
В химической реакции среди N молекул при каждой температуре является N * активных молекул. Согласно закону Максвелла-Больцмана количество активных молекул (или активных соударении). Так, в кинетическое уравнение химической реакции вместо концентрации надо подставлять активную концентрацию.
Теория активных соударении пояснила много проблем химической кинетики. Но из-за схематичности она привела в противоречие с экспериментальными данными. Например, теоретически рассчитаны скорости в десятки раз превышали экспериментальные значения (особенно для растворов). Это объясняется тем, что соударения молекул рассматривались как столкновения упругих слоев. Не принимался во внимание фактор, учитывающий вероятность определенной геометрической конфигурации частиц при столкновении.
Несмотря, на это теория активных столкновений сыграла большую роль в химической кинетике, появились новые направления развития теории элементарных реакций, основанных на законах классической и квантовой механики.