反应机理与催化

过渡态理论(transition-state theory)

/ abbreviated TST /

假设你想预测每小时有多少辆车翻越一个山口。有一个巧妙的办法:算出任一瞬间正好停在峰顶的车有多少,以及它们越过顶端的速度有多快。只要你能数出峰顶的车,就能预测车流,而不必盯着整段旅程。过渡态理论正是用这个办法来预测一个化学反应的速度。

更准确地说,过渡态理论计算反应速率时,假设反应物与坐在能垒顶端的活化络合物处于某种平衡,而这个络合物以一个固定的速率转变为产物,这个速率由它那个关键的键振动到断裂的快慢决定。于是速率就可以用能垒的高度、以及所涉分子的形状和能量来表示,通过活化吉布斯能来表达。它给出的图像比简单的碰撞计数更深入、更定量。

为什么重要:过渡态理论是理解温度、结构和催化剂如何影响反应速率的标准框架,它还从根本上解释了阿伦尼乌斯方程。诚实的提醒是:它的核心假设——峰顶处存在真正的平衡,以及一旦越过就没有分子滑回去——都是近似。它们对许多反应都出奇地好用,但对极快的反应、量子隧穿,以及简单理论无法刻画的溶液中的运动,就会失效。

为了预测两个分子反应得多快,一位运用过渡态理论的化学家并不去追踪每一次碰撞。他们改而计算能垒顶端处活化络合物的结构和能量,求出活化吉布斯能,再由这一个量算出速率常数——常常与实验吻合得很好。

数清峰顶上有什么,就能预测速率。

过渡态理论和碰撞理论都解释活化能,但过渡态理论通过活化络合物的结构和自由能来处理,而碰撞理论则去数那些能量足够、取向正确的碰撞。

又称
TST活化络合物理论活化錯合物理論absolute rate theory