反應機理與催化

反應中間體(reaction intermediate)

折紙飛機時,會有一些只短暫存在的半折形狀——不再是一張平整的紙,又還不是一架飛機。它們是你能在折到一半時拍下照片的真實物體,但它們不是任何人的目標;它們出現,然後又消失進下一道折痕裡。反應中間體就是化學版的這種「中途」物種:一個真實的分子或碎片,在反應的某一步中生成,又在後面的某一步中被消耗掉。

更準確地說,反應中間體是在反應機理進行中生成的物種,它不出現在總的配平方程式裡,因為它由某個基元步驟產生、又被另一個基元步驟消耗。與起始物和最終產物不同,它通常只以極少量、且短暫地存在。常見的例子有自由基、碳正離子,以及像單個原子這樣的小碎片。由於它們是貨真價實的分子,中間體有時能被快速光譜探測到,或被巧妙的實驗捕獲。

為什麼重要:發現一個中間體,是支持某個被提出機理的有力證據,因為總反應式絲毫看不出它的存在。要避免的關鍵混淆是中間體與過渡態的區別:中間體位於能量地形圖上的一個小山谷裡,有真實的、哪怕轉瞬即逝的存在,而過渡態位於能壘的最頂端,根本無法被分離出來。

在臭氧的兩步分解中,第一步把一個 O3 裂成一個 O2 和一個孤立的氧原子。那個游離的 O 原子就是中間體:它在第一步中誕生,又立即在第二步中被消耗,所以它從不出現在總反應式 2 O3 → 3 O2 裡。

在一步中生成,又在下一步中用掉——所以它不出現在總反應式裡。

不要把中間體和催化劑混淆:催化劑在開始時加入、在結束時回收,而中間體是在反應內部生成、又在反應內部被消耗。

又稱
中间体中間體intermediate