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Inicio/Química/Teoría de colisiones

Teoría de colisiones

Discos rígidos: choques elásticos y umbral de velocidad (energía de activación); temperatura y comparación con exp(−Eₐ/RT).

Modelo de colisiones

Discos rígidos en 2D, colisiones elásticas. Velocidades al estilo de Maxwell, escala ~ √T. Una colisión se cuenta como «activada» si el cuadrado de la velocidad relativa supera el umbral ligado a Eₐ. Compare la tendencia con exp(−Eₐ/RT): el espíritu de la ecuación de Arrhenius, no dinámica molecular cuantitativa.

520 K
72 kJ/mol
72

Atajos de teclado

  • •R — reiniciar contadores y remezclar las partículas

Magnitudes medidas

exp(−Eₐ/RT)5.857e-8
Colisiones activadas (acum.)0
Todas las colisiones (acum.)0
Activadas / todas (acum.)—

Sobre el modelo

La teoría de colisiones relaciona la velocidad de reacción con la frecuencia de los choques y con la fracción de colisiones que tienen energía bastante para el umbral de activación Eₐ (aquí no se tiene en cuenta la orientación). El modelo es un gas bidimensional de discos rígidos: choques elásticos en una caja, velocidades al estilo de la distribución de Maxwell-Boltzmann, escala ∼ √T. Si la velocidad relativa del par supera el umbral ligado a Eₐ, la colisión se cuenta como activada. Al lado, el factor de Boltzmann exp(−Eₐ/RT) para los mismos T y Eₐ: acuerdo cualitativo con la ecuación de Arrhenius, sin ajustar a los contadores (no hay factor estérico, N es finito). El histograma de |v| muestra cómo, al calentar, crece la cola de velocidades grandes.

Para quién: Bachillerato e inicio de facultad: teoría de colisiones y ecuación de Arrhenius.

Conceptos clave

  • teoría de colisiones
  • energía de activación
  • ecuación de Arrhenius
  • factor de Boltzmann
  • distribución de Maxwell-Boltzmann
  • colisión elástica
  • velocidad de reacción

Cómo funciona

Discos rígidos en una caja: choques elásticos, velocidades de escala √T. Un umbral de velocidad relativa ligado a Eₐ marca las colisiones activadas. A la derecha, el histograma de |v|; en el panel, exp(−Eₐ/RT) como referencia y la razón acumulada de colisiones activadas sobre el total.

Fórmulas principales

k ∝ exp(−Eₐ / RT) (dependencia al estilo de Arrhenius)
Fracción con energía bastante ~ exp(−Eₐ / RT) (cualitativo)

Preguntas frecuentes

¿Por qué la razón acumulada «activadas/todas» no es igual a exp(−Eₐ/RT)?
El umbral en unidades del modelo es un esquema de aula: el recuento es en 2D, sin orientación ni efecto túnel, y con N pequeño hay ruido. exp(−Eₐ/RT) se da como referencia de tendencia, no como ajuste al modelo.
¿Qué significa el resalte amarillo de las partículas?
La velocidad de la partícula está cerca del umbral o por encima: una metáfora visual de moléculas «bastante energéticas», no una especie química aparte.
¿Son tamaños y masas reales de moléculas?
No. Los radios y el nexo entre Eₐ (kJ/mol) y el umbral de velocidad se eligieron para que se vea bien, no para una sustancia concreta.
¿Por qué justo en 2D?
Son más simples las intersecciones y la animación es estable en el navegador; el objetivo es la dependencia cualitativa de T, no el número exacto de choques en 3D.