反應機理與催化

反應座標(reaction coordinate)

想象一條徒步路線的高程剖面圖——那張從側面看的圖,顯示你在沿途每一點的海拔高度,連同它的爬升與下降。橫軸並不是你在地圖上的位置,而僅僅是你沿這條小路已經走了多遠。反應座標就是化學上對應的東西:一條單一的線,量度一個反應從頭到尾進行了多遠。

更準確地說,反應座標是沿著反應能量最低路徑量度反應進程的一維度量,它把所有複雜的原子運動——鍵的伸縮、角度的彎曲、原子的靠近與離去——濃縮成一個數,從左邊的反應物一路走到右邊的產物。把勢能對這條座標作圖,就得到反應進程圖或能量圖,圖上的峰是過渡態,谷是中間體或最終產物。

為什麼重要:這張圖是化學裡最有用的圖像之一,它一眼就顯示出活化能(爬升的高度)、反應是放出還是吸收能量(產物比反應物低還是高),以及一個機理有幾步(有幾個峰)。誠實的提醒是:反應座標是一種抽象:真實的反應是在一個多維的能量地形裡遊走,把它壓縮進一根軸是一種簡化,對建立直覺有用,但並非完整的故事。

畫一條曲線,從反應物的能量出發,升到一個單獨的隆起,再降到比起點更低的產物高度。橫向的距離就是反應座標;那個隆起是過渡態;隆起高出起點的高度就是活化能;從起點到終點的下落則告訴你這個反應放出能量。

一條能量對進程的曲線:峰是過渡態,谷是中間體。

橫軸是反應的進程,既不是時間,也不是空間中的距離。一個有兩個峰的進程圖意味著一個兩步機理,中間體就坐在兩峰之間的山谷裡。

又稱
反应进程坐标反應進程座標reaction progress