Сложные реакции

ЛЕКЦИЯ 5

Теория переходного состояния

Теория активных столкновений учитывает только столкновения молекул реагентов, не рассматривая самого химического взаимодействия, которое происходит после столкновения.

Теория переходного состояния связывает энергию сталкиваю-щихся молекул и их ориентацию с реакционной способностью. При сближении двух молекул между их электронными облаками возникает взаимное отталкивание. Скорость движения молекул уменьшается, их кинетическая энергия уменьшается и переходит в потенциальную энергию. Если молекулы обладают недостаточной кинетической энергией они могут остановиться прежде, чем произойдет перекрывание электронных облаков и затем разойтись.

При столкновении быстрых молекул они преодолевают силы отталкивания, сближаются. Происходит перекрывание электронных облаков, создаются условия для перераспределения электронов и образования новых молекулярных орбиталей и, как следствие, для разрыва старых связей и возникновения новых. При сближении таких частиц потенциальная энергия системы достигает максимума. В этот момент возникает сложное образование, состоящее из атомных ядер и связывающих электронов, называемое активированным комплексом или переходным состоянием.

В дальнейшем, по мере превращения активированного комплекса в продукты реакции потенциальная энергия системы уменьшается. В качестве примера рассмотрим реакцию:

×СН₃ + HCl ® CH₄ + Cl×

Активированный комплекс можно представить так: Н₃С × × × Н × × × Cl.

С точки зрения переходного состояния энергией активации называется тот избыток энергии по сравнению со средней энергией молекул реагентов, который необходим для образования активированного комплекса.

Обе теории – теория столкновений и теория переходного состояния основываются на использовании представлений об энергии активации и удовлетворительно объясняют зависимость констант скорости от температуры. Но теория переходного состояния, которая рассматривает реагирующие частицы как единую систему, позволяет более точно представить картину протекания химической реакции на молекулярном уровне.

Большая часть реакций, имеющих технологическое или биологическое значение, состоит из целого ряда стадий. Выявление механизма этих реакций - важная задача химической кинетики.