Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Физическая химия → Химическая кинетика ↓


Теория переходного состояния


Теория переходного состояния (ТПС) — это модель в химической кинетике, которая помогает объяснить, как происходят химические реакции. Она предоставляет рамки для понимания того, с какой скоростью и при каких условиях происходят реакции. Эта теория особенно полезна для понимания скоростей реакции и факторов, влияющих на них. ТПС также известна как теория активированного комплекса.

Основные концепции теории переходного состояния

Основная предпосылка ТПС заключается в том, что для того, чтобы химическая реакция произошла, молекулы реагентов должны пройти через высокоэнергетическое состояние, известное как "переходное состояние" или "активированный комплекс". Это переходное состояние представляет собой точку максимальной энергии, через которую должна пройти система в процессе перехода от реагентов к продуктам.

Энергетический ландшафт реакции

Представьте химическую реакцию как поездку по дороге. Реагенты начинают с одной точки и должны пересечь холм (переходное состояние), прежде чем они смогут достичь продуктов на другой стороне. Наивысшая точка на этом холме — это переходное состояние, а энергия, необходимая для достижения этого пика, называется энергией активации.

Реагенты ---|----(Переходное состояние)----|--- Продукты
^^^ Энергия активации

В этом сценарии энергия необходима для перехода от реагентов к переходному состоянию, и энергия высвобождается, когда система переходит от переходного состояния к продуктам.

Важные термины, относящиеся к теории переходного состояния:

  • Энергия активации ((E_a)): Минимальная энергия, необходимая для формирования переходного состояния из реагентов.
  • Активированный комплекс: Временная конфигурация атомов, формируемая в переходном состоянии.

Роль температуры

Согласно ТПС, температура играет важную роль в скорости реакции. С увеличением температуры кинетическая энергия молекул также увеличивается. Это означает, что больше молекул имеет достаточную энергию, чтобы достичь переходного состояния, что увеличивает скорость реакции.

Уравнение Аррениуса часто используется для выражения этой зависимости:

k = A * e^(-Ea/RT)

Где:

  • (k) — константа скорости реакции.
  • (A) — предэкспоненциальный множитель, часто связанный с частотой столкновений.
  • (E_a) — энергия активации.
  • (R) — газовая постоянная.
  • (T) — температура в Кельвинах.

Визуализация теории переходного состояния

Для более ясного понимания этой концепции, приведена упрощенная иллюстрация энергетического профиля для гипотетической экзотермической реакции:

Реагенты Переходное состояние Продукты (E_A)

Этот энергетический профиль показывает увеличение энергии, необходимой для достижения переходного состояния, и энергию, высвобождаемую в процессе преобразования системы в продукты.

Координаты реакции

Понятие координаты реакции важно в ТПС. Оно представляет собой математический путь, который начинается с реагентов и заканчивается продуктами. По мере продвижения по этой координате реакции, мы проходим через состояниe реагентов, состояние перехода и состояние продукта. Точное положение состояния перехода на этом пути — это точка, где потенциальная энергия достигает максимума.

Пример: Реакция водорода и йода

Классическим примером, часто используемым для иллюстрации ТПС, является реакция между водородом и йодом:

H 2 + I 2 → 2HI

В этой реакции молекулы водорода и йода должны столкнуться с достаточной энергией, чтобы образовать активированный комплекс. Этот комплекс имеет характеристики как H 2 + I 2, так и HI, что представляет собой состояние с более высокой энергией. Если будет подано достаточное количество энергии, активированный комплекс преобразуется в продукт HI.

Факторы, влияющие на переходное состояние и скорость

Несколько факторов влияют на переходное состояние и общую скорость реакции:

  • Природа реагентов: Реагенты с более прочными связями или более сложной структурой часто имеют более высокие энергии активации и более стабильные переходные состояния.
  • Концентрация: Более высокие концентрации реагентов могут привести к более частым удачным столкновениям, образующим переходное состояние.
  • Наличие катализатора: Катализаторы снижают энергию активации, предоставляя альтернативный механизм или путь с другим или другими переходными состояниями.

Пример катализаторного эффекта

Хорошим способом представления эффекта катализатора является диаграмма, показывающая эффект на энергии активации:

Реагенты Продукты без катализатора с катализатором

Пунктирная линия показывает потенциальную энергетическую кривую при использовании катализатора. Она показывает, что энергия активации уменьшается, благодаря чему реакция протекает быстрее.

Ограничения теории переходного состояния

Несмотря на то что ТПС предоставляет полезные рамки, у нее есть свои ограничения. Сюда относятся:

  • Предположение о термодинамическом равновесии: Одно из ключевых предположений заключается в том, что существует квазиревновесие между реагентами и активированным комплексом. Реальные реакции не всегда удовлетворяют этому критерию.
  • Упрощенные модели: ТПС часто сводит сложные многоступенчатые реакции к более простым путям. На самом деле реакции могут включать в себя множество переходных состояний и промежуточных соединений.

Несмотря на эти ограничения, ТПС остается важной теоретической моделью в химической кинетике, широко используемой в научных исследованиях и образовании.

Заключение

Теория переходного состояния предоставляет глубокое понимание того, как происходят химические реакции. Сосредотачиваясь на процессе достижения и преодоления переходного состояния, она дает химикам инструменты для манипулирования и прогнозирования скоростей реакции. От роли температуры до эффектов катализаторов и концентраций, ТПС остается основной моделью для понимания и оптимизации химических реакций. По мере развития исследований и технологий, дальнейшие улучшения этой теории продолжаются, открывая новые возможности и улучшенное понимания молекулярной динамики, управляющей реакциями.


Магистрант → 1.3.3


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (1.3.2)
Теория столкновений
Следующий (1.3.4) →
Кинетика ферментов

Комментарии 



Теория переходного состояния

https://www.chemistryelite.com/g/1.3.3?ceal=ru