反应机理与催化
过渡态(transition state)
想象把一辆沉重的手推车推过陡坡的山脊。就在最高点有一个确切的瞬间,车恰好平衡在峰顶——既不往回滚,又还没往前滚,悬在两座山谷之间。它无法停在那里;最轻的一推就会让它滑下某一边。过渡态就是化学上对应于反应顶峰那个刀刃般瞬间的状态。
更准确地说,过渡态是从反应物到产物的路径上能量最高那一点处原子的排布——能垒的顶端。在这一点上,旧键部分断裂、新键部分形成;分子既不是反应物也不是产物,而是一个转瞬即逝的中途构型。它高出反应物的那部分能量就是活化能,只有能量足够高、能到达这个顶峰的碰撞,才能越过去变成产物。
为什么重要:过渡态的高度决定了反应进行得多快,所以任何能把它降低的东西——比如催化剂——都会加快反应。关键的微妙之处在于:过渡态不是一个你能装进瓶子的真实分子:它只存在约一次键振动的时间,又位于能量的极大值上,所以它永远无法被分离出来,只能被推断和建模。这正是它与真正的中间体的区别所在。
当一个氢氧根离子进攻溴甲烷时,有一个一瞬即逝的排布:碳原子同时与进来的氧和离去的溴都松松地相连——一个扁平的、连着五处的碳。那个绷紧的、半成半断的排布就是过渡态;一瞬之后它就坍缩成了产物。
旧键半断、新键半成——能量山丘绷紧的顶峰。
过渡态位于能量的极大值处,无法被分离;中间体位于能量的极小值处(一个小凹陷),有真实的、哪怕短暂的寿命。把这两者搞混是这里最常见的错误。
又称
另见