Химияда белсенді кешен – химиялық реакция кезінде байланыстардың үзілуі мен қалыптасуындағы аралық құрылымдар. Тұрақсыз конфигурация, реакция механизмі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химияда белсенді кешен – байланыстар үзіліп, жаңалары пайда болатын кезде химиялық реакциядағы аралық құрылымдар жиынтығы. Белсенді кешен – атомдардың потенциалдық энергия бетінің тұмсық нүктесіне жақын кездейсоқ аймақтағы орналасуы. Бұл аймақ бір ғана анықталған күйді емес, реакцияның бастапқы заттары мен түзілімдері арасында атомдар жиынтығы өтетін тұрақсыз конфигурациялардың кең ауқымын көрсетеді. Белсенді кешендер бастапқы заттар мен түзілімдердің қасиеттеріне ие, бұл олардың химиялық реакциядағы мінез-құлқына маңызды әсер етеді. Белсенді кешен және өтпелі күй терминдері көбінесе бір-бірін алмастырып қолданылады, бірақ олар әртүрлі ұғымдарды білдіреді. Өтпелі күйлер реакция кезінде атомдардың ең жоғары потенциалдық энергия конфигурациясын ғана көрсетеді, ал белсенді кешен – өтпелі күйге жақын конфигурациялардың ауқымын білдіреді. Реакция координатасында өтпелі күй диаграмманың максимум нүктесіндегі конфигурация болып табылады, ал белсенді кешен максимумға жақын кез келген нүктеге сілтеме жасай алады. Өтпелі күйлер теориясы (активтелген кешендер теориясы деп те аталады) стандартты Гиббс активтену энергиясы ΔG°^(‡) арқылы анықталатын аралық күйден өтетін реакциялардың кинетикасын зерттейді. Екі қос тырнақша белгісімен (‡) бейнеленген өтпелі күй – берілген реакцияның бастапқы заттарын немесе түзілімдерін қалыптастырудың тең мүмкіндігіне ие атомдардың нақты конфигурациясын көрсетеді. Активация энергиясы – химиялық реакцияны бастау және белсенді кешенді қалыптастыру үшін қажетті ең төменгі энергия мөлшері. Бұл энергия реакциядағы молекулалар энергия кедергісін жеңіп, белсенді кешенге өтуі үшін басып өтуге тиіс шекті деңгей болып табылады. Эндотермиялық реакциялар қоршаған ортадан энергия сіңіреді, ал экзотермиялық реакциялар энергияны бөліп шығарады. Кейбір реакциялар өздігінен жүзеге асады, ал кейбіреулеріне сыртқы энергия қажет. Реакцияны реакция координаталары диаграммасын пайдалану арқылы визуализациялауға болады, ол реакция кезіндегі активтену энергиясы мен потенциалдық энергияны көрсетеді. Белсенді кешендер алғаш рет 1935 жылы Айринг, Эванс және Поланьи жасаған өтпелі күйлер теориясында (сонымен қатар белсенді кешендер теориясы деп аталады) талқыланды.
In chemistry, an activated complex represents a collection of intermediate structures in a chemical reaction when bonds are breaking and forming. The activated complex is an arrangement of atoms in an arbitrary region near the saddle point of a potential energy surface. The region represents not one defined state, but a range of unstable configurations that a collection of atoms pass through between the reactants and products of a reaction. Activated complexes have partial reactant and product character, which can significantly impact their behaviour in chemical reactions. The terms activated complex and transition state are often used interchangeably, but they represent different concepts. Transition states only represent the highest potential energy configuration of the atoms during the reaction, while activated complex refers to a range of configurations near the transition state. In a reaction coordinate, the transition state is the configuration at the maximum of the diagram while the activated complex can refer to any point near the maximum. Transition state theory (also known as activated complex theory) studies the kinetics of reactions that pass through a defined intermediate state with standard Gibbs energy of activation ΔG°^(‡). The transition state, represented by the double dagger symbol represents the exact configuration of atoms that has an equal probability of forming either the reactants or products of the given reaction. The activation energy is the minimum amount of energy to initiate a chemical reaction and form the activated complex. The energy serves as a threshold that reactant molecules must surpass to overcome the energy barrier and transition into the activated complex. Endothermic reactions absorb energy from the surroundings, while exothermic reactions release energy. Some reactions occur spontaneously, while others necessitate an external energy input. The reaction can be visualized using a reaction coordinate diagram to show the activation energy and potential energy throughout the reaction. Activated complexes were first discussed in transition state theory (also called activated complex theory), which was first developed by Eyring, Evans, and Polanyi in 1935.
Өтпелі күйлер теориясы
Өтпелі күйлер теориясы реакциялардың кинетикасын түсіндіреді. Бұл теория белсенді кешен мен реакцияға түсетін молекулалар арасындағы тепе-теңдік қағидасына негізделген. Теория соқтығысу теориясының ұғымдарын қамтиды, ол реакцияның жүруі үшін реакцияға түсетін молекулалардың белгілі бір ең төменгі энергиямен және дұрыс бағытта соқтығысуы қажет екенін көрсетеді. Реакцияға түсетін заттар өнімдерге ыдыраудан бұрын белсенді кешенге айналады. Өтпелі күйлер теориясы классикалық механикаға негізделген, себебі реакция барысында молекулалар өтпелі күйге қайта оралмайды деп есептейді.
Transition state theory explains the reaction dynamics of reactions. The theory is based on the idea that there is an equilibrium between the activated complex and reactant molecules. The theory incorporates concepts from collision theory, which states that for a reaction to occur, reacting molecules must collide with a minimum energy and correct orientation. The reactants are first transformed into the activated complex before breaking into the products. Transition state theory is based on classical mechanics, as it assumes that as the reaction proceeds, the molecules will never return to the transition state.
Симметрия
Жоғары симметриялы белсендірілген кешен жылдамдық өрнектерінің дәлдігін төмендетуі мүмкін. Реактивтер мен белсендірілген кешендер үшін айналу бөлініс функцияларына симметрия сандарын енгізу қателіктерге әкелуі мүмкін. Қателіктерді азайту үшін, жылдамдық өрнегін статистикалық факторға көбейту арқылы симметрия сандарын жоюға болады: мұнда статистикалық фактор – қалыптастырылуы мүмкін эквивалентті белсендірілген кешендердің саны, ал Q – симметрия сандарынан алынып тасталған бөлініс функциялары. Белсендірілген кешен – нақты бір ішкі нормальдық координата бойымен пайда болатын және ыдырайтын молекулалардың жиынтығы. Қарапайым молекулалардың үш трансляциялық еркіндік дәрежесі бар, олардың қасиеттері белсендірілген кешендерге ұқсас. Дегенмен, белсендірілген кешендерде энергия тосқауылына жақындау, оны басып өту және одан кейін ыдыраумен байланысты қосымша трансляциялық еркіндік дәрежесі болады.
An activated complex with high symmetry can decrease the accuracy of rate expressions. Error can arise from introducing symmetry numbers into the rotational partition functions for the reactants and activated complexes. To reduce errors, symmetry numbers can by omitted by multiplying the rate expression by a statistical factor:where the statistical factor is the number of equivalent activated complexes that can be formed, and the Q are the partition functions from the symmetry numbers that have been omitted. The activated complex is a collection of molecules that forms and then explodes along a particular internal normal coordinate. Ordinary molecules have three translational degrees of freedom, and their properties are similar to activated complexes. However, activated complexed have an extra degree of translation associated with their approach to the energy barrier, crossing it, and then dissociating.