2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Teorija aktiviranog kompleksa, ili Tranziciono stanje, rafinira teoriju sudara ukazujući na način da se izračuna konstanta brzine uprkos značajnim steričkim zahtjevima. Teoriju aktiviranog kompleksa, ili teoriju prelaznog stanja, razvili su Eyring i Polanyi (1935). Uzima u obzir prirodu molekula, zasniva se na proračunima koji potiču iz statističke termodinamike i kvantne mehanike, a može se primijeniti na reakcije u plinovitoj fazi ili u otopini.
Teorija aktiviranog kompleksa je pokušaj da se identifikuju glavni problemi koji upravljaju vrijednošću konstante brzine u smislu modela događaja koji se dešavaju tokom reakcije. Koncept aktiviranog kompleksa može se shvatiti iz posmatranja opšteg aspekta varijacije potencijalne energije reaktanata A i B tokom napredovanja bimolekularne elementarne reakcije, kao što se može videti ilustrovano na grafikonu ispod:
U principu, samo A i B dolaze u kontakt, deformiraju, razmjenjuju atome ili ih odbijaju. Potencijalna energija dostiže maksimum i aglomeracija atoma koja odgovara oblasti koja se nalazi u blizini maksimuma i predstavlja aktivirani kompleks.
Tada se maksimalna potencijalna energija smanjuje kako se atomi sami organizuju i dostižu konfiguraciju proizvoda. Umaksimalnu tačku krive potencijalne energije molekuli reaktanta će dostići tačku približavanja i naprezanje toliko veliko da mali dodatni napon uzrokuje da se sistem kreće prema proizvodima.
Kritična konfiguracija atoma je prelazno stanje reakcije. Iako se neki molekuli u prelaznom stanju vraćaju u početno stanje reaktanata, mnogi prelaze konfiguraciju tog stanja i tada je formiranje proizvoda nakon susreta neizbježno.
Za ovu teoriju, u prvom reverzibilnom stadiju reaktanti dolaze u ravnotežu sa aktiviranim kompleksom i on se zatim razlaže, stvarajući produkte reakcije.
Kao primjer: prema ovoj teoriji, bimolekularna reakcija se odvija prema mehanizmu:
Gdje
predstavlja aktivirani kompleks formiran od reaktivnih molekula. Poziv sa
na frekvenciji vibracije prema kojoj se aktivirani kompleks razgrađuje, brzina formiranja proizvoda će biti data sa:
Aktivirani korak formiranja kompleksa ima sljedeću konstantu ravnoteže:
Budući da je koncentracija aktiviranog kompleksa jednaka:
Prema principu ekvivalencije energije, svaki prelazni, vibracioni ili rotacioni stepen slobode mora biti povezan sa vrijednošću energije k T, gde je k je Boltzmannova konstanta i T temperatura i ova energija je jednaka
, gdje je h Plankova konstanta. Tada možemo napisati:
Izolacija
imamo frekvenciju raspada aktiviranog kompleksa:
Zamjena vrijednosti
i
u jednačini,
Pronašli smo:
Upoređujući ovu jednačinu sa kinetičkom jednačinom koja daje brzinu formiranja proizvoda,
potvrđeno je da:
Ovo je Eyringova jednadžba, koja je fundamentalna jednadžba teorije prelaznih stanja.
