Colisión de partículas y energía de activación

Question

Si dos partículas chocan y están por debajo de la energía de activación, ¿por qué simplemente "rebotan"? ¿No es que la energía de activación disminuye constantemente si esas partículas chocan continuamente?

Siempre he visto la energía de activación como una "barrera" que impide que las colisiones produzcan una reacción, si no se tiene la energía suficiente. Pensaba que si las partículas chocan y no tienen suficiente energía para provocar una reacción, la "barrera" se debilita. Por lo tanto, me pareció sorprendente que esta "barrera" no se debilite, y que la energía de activación no se reduzca.

Answer 1

Esta es la naturaleza del mundo cuántico. Una acción, a cierto nivel, se produce o no se produce... no hay ningún estado intermedio. Otro ejemplo es el efecto fotoeléctrico . Planck y Einstein explicaron el requisito de que un fotón tenga un mínimo de energía antes de poder elevar un electrón a un nivel de energía superior. Un millón de fotones poco menos que esa energía no* elevará un electrón a un nivel superior, sino un solo fotón de la energía necesaria (o superior) puede subir el electrón.

Advertencia: También existe el principio de incertidumbre, que permite a los electrones túnel a un nivel superior, o para que la absorción multifotónica provoque la ionización, pero no son tan comunes como la absorción monofotónica y la ionización.

Si te molesta este comportamiento poco intuitivo, no eres el único. Bohr, Bose, Boltzmann, Einstein y otros se vieron obligados a esta teoría a través de los resultados experimentales y los horrores de la catástrofe ultravioleta . Aquellos que no aprecien la catástrofe ultravioleta serán hechos, enérgicamente, a caminar por el Planck.

Answer 2

Cuando las dos especies chocan, sus electrones se acercan y, al estar cargados de forma similar, la energía para "empujarlos" aumenta. A veces, simplemente "rebotan" el uno contra el otro, pero en ocasiones, cuando su energía mutua es lo suficientemente grande, la repulsión puede superarse y se produce la reacción. Se trata de una reorganización de los electrones y los núcleos para crear una nueva molécula. Como se ha dicho en otras respuestas, la barrera no se desgasta más de lo que cambia la carga del electrón, que no es en absoluto.

Recordemos que por la distribución de Boltzmann, derivada de la naturaleza aleatoria de las colisiones, en general, la mayoría de los pares de moléculas no tendrán suficiente energía cinética cuando colisionen, de modo que sólo una fracción de los pares de moléculas puede reaccionar en la colisión.

Answer 3

Según la intuitiva fórmula galileana de adición de velocidades, éstas se suman linealmente.

Si un objeto tiene velocidad $u$ en el marco de referencia $O$ y $O$ tiene velocidad $v$ en el marco de referencia $O'$ el objeto tiene una velocidad $u' = u + v$ en el $O'$ marco.

Pero, ¿y si $u$ es infinito ? Desde $\infty + v = \infty$ un objeto con velocidad infinita respecto a algún marco de referencia tiene velocidad infinita respecto a cualquier marco de referencia con velocidad relativa $v$ La velocidad infinita sería una invariante velocidad.

En el contexto de la relatividad especial, $c$ es, en cierto sentido, como la velocidad infinita en el contexto de la relatividad galileana; $c$ es una velocidad invariable. En SR, si una partícula tiene velocidad $c$ en un marco de referencia, tiene velocidad $c$ en cualquier marco de referencia.

De hecho, si se sustituye $c$ con $\infty$ en las transformaciones de Lorentz, se recuperan las transformaciones galileanas.

En este sentido, las transformaciones de Lorentz son más generales y, de hecho, se puede derivar la forma de las transformaciones de Lorentz con sólo el principio de la relatividad dejando la determinación de la velocidad invariante como una cuestión de verificación empírica.

Deducimos las leyes de transformación del espacio-tiempo más generales y consistentes con el principio de relatividad. Así, nuestro resultado contiene los resultados de la relatividad galileana y einsteiniana. La ley de adición de la velocidad es un biproducto [sic] de este análisis. También argumentamos por qué las versiones galileana y einsteiniana son las únicas realizaciones posibles del del principio de relatividad.

Answer 4

Se han inventado diversos modelos para describir la dependencia de la velocidad de reacción en fase gaseosa de la energía de las colisiones entre dos moléculas. El más sencillo es la ecuación empírica de Arrhenius, cuya forma se predice mediante teoría de la colisión sin necesidad de invocar la mecánica cuántica. Al menos hay dos aspectos importantes en este modelo: (1) la energía traslacional (cinética) puede transferirse a grados de libertad ro-vibracionales (internos) de las moléculas, y (2) la energía total se conserva. La conversión de energía traslacional en vibracional puede dar lugar a la ruptura de un enlace existente. La energía mínima necesaria para ello es lo que llamamos "energía de activación". Una analogía sencilla para ilustrar esto es la de una montaña rusa: sólo si un vagón tiene suficiente energía cinética para llegar a la cima de una colina (donde la energía potencial es mayor, similar a la energía vibracional en el modelo molecular) podrá superar la colina y continuar su camino. De lo contrario, el carro volverá a rodar por donde ha venido.