האטומים מחליפים בני זוג
גפרור ניצת, מסמר ברזל מחליד, חלב מחמיץ. כל אחד מאלה הוא תגובה כימית: קשרים בין אטומים מתפרקים וקשרים חדשים נוצרים, כך שבסוף האטומים מסודרים בחומרים אחרים. שום אטום לא נוצר ולא נהרס בדרך.
בבקבוק מתרחשת תגובה שקורית באוויר של כל עיר סואנת. חנקן חמצני (NO), שמנועי מכוניות מייצרים, פוגש אוזון (O₃). אטום חמצן אחד עובר מהאוזון אל החנקן החמצני, ונשארים חנקן דו־חמצני (NO₂) ומולקולת חמצן רגילה (O₂). ספרו את האטומים בכל צד, והמספרים מתאימים: אטום חנקן אחד וארבעה אטומי חמצן לפני, אטום חנקן אחד וארבעה אטומי חמצן אחרי. זו אחת הסיבות לכך שרמות האוזון ממש ליד כבישים סואנים נמוכות לרוב מאשר במרחק מהם, במורד הרוח, וחנקן דו־חמצני הוא הגז שנותן לערפיח העירוני את הגוון החום שלו.
רוב ההתנגשויות הן סתם ניתורים
מולקולות יכולות להגיב רק כשהן נפגשות. בגז בטמפרטורת החדר הן טסות במהירות של בערך 500 מטר בשנייה ומתנגשות כל הזמן, ובכל זאת כמעט כל התנגשות היא רק ניתור. שני דברים צריכים להסתדר.
ההתנגשות צריכה לשאת מספיק אנרגיה. כדי לפרוץ קשר קיים צריך להשקיע אנרגיה, עוד לפני שהקשרים החדשים מחזירים משהו, כמו לדחוף עגלה מעל גבעה לפני שהיא יכולה להתגלגל במורד הצד השני. הגובה של הגבעה הזאת הוא אנרגיית השפעול. המולקולות צריכות גם להיפגש בכיוון הנכון. כאן קצה החנקן של ה־NO צריך לפגוע באטום חמצן שבקצה האוזון; פגיעה בצד הלא נכון נגמרת בניתור, חזקה ככל שתהיה.
החום מעביר יותר מולקולות מעל הגבעה
הטמפרטורה מודדת את האנרגיה הממוצעת של המולקולות, אבל אף מולקולה איננה ממוצעת. בכל רגע יש כמה איטיות, רובן בינוניות, וכמה מהירות. חימום הגז מזיז את כל ההתפלגות לעבר אנרגיות גבוהות יותר, והחלק של ההתנגשויות שמעל אנרגיית השפעול גדל הרבה יותר מהר מהטמפרטורה עצמה.
בתגובה הזאת, מדידות מראות שהקצב בטמפרטורת החדר גבוה פי שישה בערך מאשר ב־−53 °C, הקור של הסטרטוספירה התחתונה. תגובות עם גבעות גבוהות יותר רגישות הרבה יותר. כלל אצבע נפוץ אומר שתגובות רבות בסביבות טמפרטורת החדר מכפילות בערך את מהירותן על כל 10 °C, וזה חלק מהסיבה שאוכל נשמר זמן רב יותר במקרר.
נסו: קבעו את הטמפרטורה על 220 K, הקור של הסטרטוספירה, וספרו את ההבזקים, ואז העלו אותה עד 440 K. בחרו פועל תחת הדגשת מולקולות אנרגטיות: למולקולות הזוהרות יש יותר אנרגיה מהמחסום, וניצוצות כחולים קטנים הם פגיעות חזקות שהגיעו בכיוון הלא נכון. הזנב המוצלל של עקומת האנרגיה גדל ככל שהגז מתחמם.
גם צפיפות מאיצה את התגובה
יותר מולקולות באותו מרחב פירושן יותר מפגשים. הקצב תלוי בשני הריכוזים יחד, ולכן הכפלת הכמות של NO ושל אוזון הופכת את ההתנגשויות ביניהם לנפוצות פי ארבעה. קבעו את הריכוז על 20 % וההבזקים נעשים נדירים; קבעו אותו על 100 % והם מגיעים בקצב מהיר. אותו רעיון מסביר למה אש בוערת בעוז בחמצן טהור.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
מולקולות אמיתיות באוויר רחוקות זו מזו בערך פי עשרה מהרוחב שלהן, והן מתנגשות מיליארדי פעמים בשנייה; הבקבוק דוחס אותן קרוב ומאט הכול, כדי שתוכלו לעקוב אחרי התנגשויות בודדות. המודל בודק רק אם הקצוות המגיבים פונים זה אל זה, תחליף פשוט לגאומטריה האמיתית. כל תגובה גם משחררת בערך 200 kJ/mol של חום שהיה מחמם גז אמיתי, אבל כאן דפנות הבקבוק שומרות על טמפרטורה קבועה. ולבסוף, מגיבים טריים מחליפים בשקט את התוצרים, כך שהבקבוק מראה את קצב ההתחלה כל עוד אתם צופים, במקום להאט כשהמגיבים אוזלים.