O método do complexo ativado é sua equação básica. Teoria do estado de transição

A teoria de um complexo ativado ou estado de transição baseia-se no fato de que o ato elementar de interação das moléculas consiste em um rearranjo gradual das ligações químicas, em que a configuração inicial dos átomos nas moléculas iniciais passa para a final na reação. produtos com uma mudança contínua nas distâncias interatômicas.

Uma teoria quantitativa baseada nessas idéias, usando o aparato matemático da termodinâmica estatística, a chamada teoria das taxas absolutas de reação, foi proposta por G. Eyring e M. Polyani (1935).

Considere o mecanismo de reação

De acordo com a teoria do complexo ativado, quando um átomo A se aproxima de uma molécula BC, a ligação B-C é enfraquecida e surge uma ligação A-B. O processo termina com a formação da molécula AB e do átomo C, para o qual o sistema deve passar pelo complexo ativado ABC, quando o átomo B pertence igualmente às moléculas BC e AB:

Ideias qualitativas sobre um elemento elementar atuam como um processo complexo de rearranjo de ligações químicas quando as moléculas se aproximam, assim como ideias sobre a superfície de energia potencial e a coordenada da reação são chamadas complexo ativado ou teoria do estado de transição.

Uma teoria quantitativa rigorosa baseada neste modelo físico do mecanismo de um ato elementar deve consistir em um cálculo teórico da superfície de energia da reação pelos métodos da mecânica quântica e em uma estimativa teórica com base na energia de ativação e no pré -fator exponencial. Ainda não foi possível fazer isso, devido a dificuldades matemáticas. Portanto, eles usam um modelo matemático aproximado, a chamada teoria das taxas absolutas de reação.

De acordo com esta teoria, a velocidade de qualquer reação química é igual à velocidade de transição do complexo ativado através da barreira de potencial, ou seja, a taxa de decomposição do complexo ativado em produtos de reação. Neste caso, a molécula do complexo ativado passa pelo caminho d(Fig. 8) .

Ao derivar a expressão para a constante de velocidade na teoria do complexo ativado, uma reação elementar é considerada como um movimento de translação unidimensional ao longo da coordenada de reação na direção dos produtos da reação. Ao fazê-lo, foram feitas as seguintes hipóteses:

1. No decorrer de uma reação química, um complexo ativado () é formado no topo da barreira de potencial, consistindo em moléculas da substância inicial e produtos da reação.

2. O complexo ativado na área (Fig. 8) realiza um movimento translacional unidimensional na direção dos produtos da reação.

3. O movimento ao longo do caminho da reação pode ser descrito em termos da mecânica clássica sem levar em conta os efeitos quânticos.

4. Uma reação elementar ocorre adiabaticamente, isto é, sem transição para outra superfície de energia potencial.


Nesse caminho, o complexo ativado é considerado como uma molécula comum, na qual um grau de liberdade vibracional é substituído por um translacional na direção dos produtos da reação.

A teoria da colisão é inadequada para moléculas complexas porque assume a existência de moléculas na forma de partículas esféricas elásticas ideais. No entanto, para moléculas complexas, além da energia translacional, outros tipos de energia molecular devem ser levados em consideração, por exemplo, rotacional e vibracional. De acordo com a teoria das colisões, a existência de reações em que três ou mais moléculas devem colidir é impossível. Além disso, reações de decomposição do tipo AB = A + B difícil de explicar com esta teoria.

Para superar essas dificuldades H. Eyring em 1935. propôs a teoria do complexo ativado. Qualquer reação química ou qualquer outro processo molecular que ocorra no tempo (difusão, fluxo viscoso, etc.) consiste em uma mudança contínua nas distâncias entre os núcleos dos átomos. Nesse caso, a configuração dos núcleos correspondentes ao estado inicial, através de alguma configuração intermediária - um complexo ativado ou um estado de transição - se transforma em uma configuração final. Supõe-se que o complexo ativado é formado como um estado intermediário em todas as reações químicas. É visto como uma molécula que existe apenas temporariamente e se decompõe a uma certa taxa. Esse complexo é formado a partir dessas moléculas que interagem, cuja energia é suficiente para que possam se aproximar de acordo com o esquema: reagentes ativados produtos complexos. O complexo ativado tem uma estrutura intermediária entre reagentes e produtos. A energia de ativação de uma reação é a energia adicional que as moléculas reagentes devem adquirir para formar o complexo ativado necessário para a reação prosseguir.

A energia de ativação sempre representa a energia absorvida, seja ou não a mudança total nela para a reação. positivo (reação endotérmica) ou negativo (reação exotérmica). Isso é mostrado esquematicamente na Fig. 6.

ativação

transformação

Progresso da reação

Figura 6. Esquema de energia para a formação de um complexo ativado.

A ativação é a comunicação de tal quantidade de energia às moléculas que, ao serem efetivamente convertidas, formam-se substâncias em estado ativado.

A transformação é a formação de produtos de reação a partir de substâncias em estado ativado.

Se o sistema não pode passar por essa barreira de energia, transformações químicas não podem ocorrer nele. Isso significa que este sistema é quimicamente inativo e precisa de alguma energia adicional para ativação. A quantidade dessa energia extra depende de quanta energia o sistema já possui.

A energia do sistema inicial não pode ser menor que sua energia zero (ou seja, em 0 0 K). Para ativar qualquer sistema, basta fornecer energia adicional. Essa energia é chamada de verdadeira energia de ativação.

A verdadeira energia de ativação de um ato químico elementar é a energia mínima que o sistema inicial deve ter em excesso de energia zero (isto é, a 0 0 K) para que ocorram transformações químicas nele. A diferença entre a verdadeira energia de ativação das reações inversas e diretas é igual ao efeito térmico da reação no zero absoluto.

Pt e ativo rgico umação, a diferença entre os valores da energia média das partículas (moléculas, radicais, íons, etc.) que entram em um ato elementar de uma reação química e a energia média de todas as partículas no sistema de reação. Para várias reações químicas E. e. varia muito - de alguns a 10 j./mol. Para a mesma reação química, o valor de E. a. depende do tipo de funções de distribuição das moléculas em termos de energias de seu movimento de translação e graus de liberdade internos (eletrônicos, vibracionais, rotacionais).

Dentro da estrutura da teoria das taxas absolutas de reação, E. a. - a diferença entre os valores da energia média dos complexos ativados e a energia média das moléculas originais.

Representações sobre E. e. surgiu nos anos 70 e 80. século 19 como resultado do trabalho de J. van't Hoff e S. Arrhenius, dedicados ao estudo do efeito da temperatura na velocidade de uma reação química. Constante da taxa de reação k associada a E. a. ( E)a equação m Arrhenius:

k = k o e -E/RT

onde R é a constante do gás, T é a temperatura absoluta em K, k o é uma constante, chamada de fator pré-exponencial da constante de velocidade. Esta equação, baseada na teoria cinética molecular, foi obtida posteriormente em física estatística, levando em conta uma série de suposições simplificadoras, uma das quais é a independência da E. a. da temperatura. Para a prática e para cálculos teóricos em faixas de temperatura relativamente estreitas, essa suposição é válida.

E. a. podem ser encontrados experimentalmente de várias maneiras. De acordo com um deles, eles estudam a cinética da reação em várias temperaturas (para métodos, veja o artigo. A velocidade de uma reação química) e constroem um gráfico nas coordenadas In k - 1/T; a tangente da inclinação da linha reta neste gráfico, de acordo com a equação de Arrhenius, é igual a E. Para reações reversíveis de uma etapa (consulte Reações reversíveis e irreversíveis) E. uma. reações em uma das direções (para frente ou para trás) podem ser calculadas se E. a. reações em outro e a dependência da temperatura da constante de equilíbrio (a partir de dados termodinâmicos). Para cálculos mais precisos, deve-se levar em consideração a dependência de E. a. da temperatura.

E. a. reações complexas é uma combinação de E. a. etapas elementares. Às vezes, além do verdadeiro E.a., determinado pela equação de Arrhenius, é usado o conceito de E.a. "aparente". Por exemplo, se as constantes de velocidade de reações catalíticas heterogêneas são determinadas por mudanças nas concentrações de volume dos materiais de partida e produtos, então a E. a. difere da verdadeira pela magnitude dos efeitos térmicos que acompanham os processos de adsorção e dessorção de reagentes na superfície do catalisador. Em sistemas fora de equilíbrio, como sistemas químicos de plasma (consulte Química de plasma) , definição de E. a. é uma tarefa muito difícil. Em alguns casos, no entanto, é possível uma aplicação formal da equação de Arrhenius.

Diagrama de energia da reação.

A energia de ativação afeta significativamente o valor da constante de velocidade de reação e sua dependência da temperatura: quanto maior E a, menor a constante de velocidade e mais significativamente a mudança de temperatura a afeta.

Fig.5. Diagrama de energia da reação A + B = C + D
20. Catálise e catalisadores (classificação e mecanismo de ação). Características das reações catalíticas.

A catálise química é a aceleração das reações químicas sob a ação de pequenas quantidades de substâncias (catalisadores). Após um ciclo completo de interações químicas intermediárias, o catalisador restaura sua composição química.

Os catalisadores são divididos em homogêneos e heterogêneos. Um catalisador homogêneo está na mesma fase com os reagentes, um heterogêneo forma uma fase independente, separada por uma interface da fase em que os reagentes estão localizados. Catalisadores homogêneos típicos são ácidos e bases. Metais, seus óxidos e sulfetos são usados ​​como catalisadores heterogêneos.

Reações do mesmo tipo podem ocorrer com catalisadores homogêneos e heterogêneos. Assim, juntamente com soluções ácidas, são utilizados Al 2 O 3 sólidos, TiO 2 , ThO 2 , aluminossilicatos e zeólitos com propriedades ácidas. Catalisadores heterogêneos com propriedades básicas: CaO, BaO, MgO.

Catalisadores heterogêneos, via de regra, possuem uma superfície altamente desenvolvida, para a qual são distribuídos em um suporte inerte (gel de sílica, alumina, carvão ativado, etc.).

Para cada tipo de reação, apenas determinados catalisadores são eficazes. Além dos ácidos-base já citados, existem os catalisadores de oxidação-redução; eles são caracterizados pela presença de um metal de transição ou seu composto (Co +3, V 2 O 5 +, MoO 3). Neste caso, a catálise é realizada alterando o estado de oxidação do metal de transição.

Muitas reações são realizadas com a ajuda de catalisadores que atuam através da coordenação de reagentes no átomo ou íon do metal de transição (Ti, Rh, Ni). Tal catálise é chamada de catálise de coordenação.

Se o catalisador tiver propriedades quirais, então um produto opticamente ativo é obtido a partir de um substrato opticamente inativo.

Na ciência e tecnologia modernas, sistemas de vários catalisadores são frequentemente usados, cada um dos quais acelerando diferentes estágios da reação. O catalisador também pode aumentar a velocidade de uma das etapas do ciclo catalítico realizado por outro catalisador. É aqui que ocorre a "catálise de catálise" ou catálise de segundo nível.

As enzimas desempenham o papel de catalisadores em reações bioquímicas.

Existem catálises homogêneas e heterogêneas, mas para qualquer uma delas as principais regularidades são as seguintes:

1. O catalisador participa ativamente do ato elementar da reação, formando compostos intermediários com um dos participantes da reação ou um complexo ativado com todos os reagentes. Após cada ato elementar, ele é regenerado e pode interagir com novas moléculas de substâncias reagentes.

2. A velocidade da reação catalítica é proporcional à quantidade de catalisador.

3. O catalisador tem seletividade de ação. Pode alterar a velocidade de uma reação e não afetar a velocidade de outra.

4. O catalisador permite que a reação prossiga de maneira diferente e mais rápida do que na ausência de um catalisador.

A velocidade pode ser aumentada diminuindo a energia de ativação, aumentando o fator pré-exponencial, ou ambos. Por exemplo, a decomposição térmica do acetaldeído CH 3 CHO CH 4 + CO é catalisada pelo vapor de iodo, o que causa uma diminuição na energia de ativação em 55 kJ/mol. Essa diminuição causa um aumento na constante de velocidade por um fator de cerca de 10.000.

5. O catalisador não afeta a posição de equilíbrio termodinâmico. Ele altera igualmente a velocidade das reações direta e inversa.

6. Quando certas substâncias, chamadas de promotores, são adicionadas, a atividade do catalisador aumenta; a adição de inibidores reduz a velocidade da reação.

catálise homogênea.

Na catálise homogênea, o catalisador é uma molécula ou íon em uma solução homogênea. No caso de catálise homogênea, o catalisador e todos os reagentes formam uma fase comum.
Um exemplo de catálise homogênea é a reação de decomposição térmica do acetaldeído CH 3 CH 4 + CO, catalisada por vapor de iodo. Na ausência de vapor de iodo E uma=191,0 kJ/mol, na presença deles E uma= 136,0 kJ/mol. A constante de velocidade aumenta por um fator de 10.000. Isso ocorre porque a reação ocorre em duas etapas:

CH 3 FILHO + I 2 \u003d CH 3 I + HI + CO

CH 3 I + HI \u003d CH 4 + I 2

A energia de ativação de cada etapa é menor que a energia de ativação da reação não catalítica.

A catálise homogênea inclui muitas reações ácido-base, reações de formação de complexos, reações redox, inúmeras reações de hidrogenação, reações de sulfatação, etc.

3. Catálise ácida e básica

Ácidos e bases em muitas reações atuam como catalisadores, ou seja, participando da reação, eles mesmos não são consumidos (reações de hidrólise, alquilação, esterificação, etc. Existem três tipos de catálise ácido-base:

4. Reações catalíticas homogêneas catalisadas por compostos complexos

As reações de redução, hidrogenação, oxidação, isomerização, polimerização em condições industriais são realizadas na presença de catalisadores - compostos complexos (íons metálicos do grupo VIII da tabela periódica Fe, Co, Ni, Ru, bem como Cu, Fg , Hg, Cr, Mn). A essência da ação catalítica é que os íons metálicos atuam como doadores ou receptores de elétrons. A interação química entre moléculas reagentes coordenadas em torno do íon metálico central é facilitada pela polarização das moléculas e pela diminuição da energia das ligações individuais. O íon metálico central é uma ponte que facilita as transições eletrônicas entre as moléculas reagentes.

5. Catálise enzimática

As enzimas são os catalisadores mais surpreendentes. Muitas reações em organismos vivos estão associadas a eles e, portanto, são frequentemente chamadas de catalisadores biológicos. A catálise enzimática é um fenômeno mais complexo do que a catálise convencional. A alta organização dos processos de catálise enzimática é determinada pela peculiaridade da interação em um organismo vivo, associada a uma combinação especial da estrutura molecular de enzimas e substratos, que são chamados de reagentes em reações enzimáticas.

6. Catálise heterogênea

A catálise heterogênea é realizada na interface. A primeira reação catalítica heterogênea observada foi realizada por Priestley (1778) desidratação de álcool etílico em argila ativa:

C 2 H 5 OH -- C 2 H 4 + H 2 O

Na prática, dois tipos de catálise heterogênea são mais frequentemente encontrados:

1) processos, cujo catalisador está na fase sólida e os reagentes estão na fase líquida;

2) processos, cujo catalisador está na fase sólida e os reagentes estão na fase gasosa. A reação, como regra, ocorre (e em alguns processos de vários estágios começa) no limite de fase, ou seja, na superfície de um corpo sólido - um catalisador.

61. Características gerais dos elementos do grupo II-A. O papel biológico dos elementos S do grupo II-A.

Os elementos do grupo IIA possuem a fórmula eletrônica ns 2 . Todos eles são metais, agentes redutores fortes, um pouco menos ativos que os metais alcalinos. Eles são caracterizados por um estado de oxidação de +2 e uma pvalência de 2. Quando uma ligação covalente é formada, ocorre uma excitação s de um elétron e uma hibridização sp de AOs. Os elementos do grupo IIA podem ser divididos em três partes: 1) metais alcalino-terrosos Ca, Sr, Ba, Ra, cujas bases são alcalinas, 2) Mg, cuja base é ligeiramente solúvel em água, 3) Be, a base dos quais é uma base anfotérica. Na natureza, os elementos do grupo IIA estão na forma de sais: sulfatos, carbonatos, fosfatos, silicatos. Esses elementos são obtidos por eletrólise de seus sais fundidos. Os elementos do grupo IIA são metais prateados leves que são mais duros que os metais alcalinos.

Propriedades químicas dos elementos

Os elementos do grupo IIA são agentes redutores menos ativos do que os metais alcalinos. Suas propriedades redutoras aumentam de berílio para rádio. O oxigênio do ar oxida Ca, Sr, Ba, Ra à temperatura normal. Mg e Be são cobertos com filmes de óxido e são oxidados pelo oxigênio somente quando aquecidos:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Agentes redutores ativos, metais do grupo IIA, reagem com não metais (por exemplo, cloro), água, ácidos:

Ca + Cl 2 = CaCl 2

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 

Hidretos de metais alcalino-terrosos são compostos semelhantes a sais iônicos e interagem com água e ácidos:

CaH 2 + 2H 2 O Ca (OH) 2 + 2H 2

CaH 2 + 2HCl 2  CaCl2 + 2H 2

Óxidos de metais alcalino-terrosos Ca, Sr, Ba, Ra dissolvem-se em água com a formação de álcalis. O óxido de magnésio é ligeiramente solúvel em água e tem apenas propriedades básicas. O óxido de berílio, que é insolúvel em água, tem propriedades anfotéricas.

CaClCaO + 2HCl 2 + H 2 O

Os hidróxidos de Ca, Sr, Ba, Ra são alcalinos, o hidróxido de Mg é um hidróxido básico pouco solúvel, o hidróxido de Be é um hidróxido anfotérico.

Carbonatos e sulfatos de elementos do grupo IIA são pouco solúveis em água. Carbonatos se dissolvem em ácidos:

C A dureza da água (W) é medida em milimols de equivalentes de sal em 1 litro de água: W = 1000 e, onde C e é a concentração molar de equivalentes (normalidade) de sais na água.

Os sais BaCl 2 e BaCO 3 são venenosos e são usados ​​como inseticidas. O magnésio é um importante material estrutural, é um oligoelemento, faz parte da clorofila. A cal apagada é usada na construção. Sais de cálcio, por exemplo, CaSO 4 2H 2 O - gesso - são usados ​​para gesso em solos salinos.

papel biológico.

Berílio é encontrado em plantas, bem como em organismos animais. O conteúdo de berílio em organismos vivos é de 10 -7 %, ou seja, é um ultramicroelemento de impureza. O papel biológico do berílio não foi suficientemente estudado. Os compostos de berílio são tóxicos e causam uma série de doenças (raquitismo berílio, beriliose, etc.). Compostos voláteis de berílio são especialmente tóxicos. Efeito negativo de Be 2 + em processos fisiológicos devido às suas propriedades químicas.

O magnésio é formalmente um macronutriente. Seu conteúdo total no corpo é de 0,027% (cerca de 20 g). A topografia do magnésio no corpo humano é a seguinte: o magnésio concentra-se em maior medida na dentina e no esmalte dos dentes, no tecido ósseo. Também se acumula no pâncreas, músculos esqueléticos, rins, cérebro, fígado e coração. Em um adulto, a necessidade diária de magnésio é de cerca de 0,7 g. O íon Mg, como o íon K, é um cátion intracelular.

Nos fluidos e tecidos biológicos do corpo, o magnésio é encontrado tanto na forma de um íon aqua quanto em um estado associado a proteínas, em cuja quantidade o íon hidrofosfato HPO é formado. 2- e uma grande quantidade de energia é liberada, passa com excesso de Mg 2+.

O cálcio é um macronutriente. Seu conteúdo total no corpo é de 1,4%. O cálcio é encontrado em todas as células do corpo humano. A maior parte do cálcio é encontrada nos tecidos ósseos e dentários. Em média, um adulto deve consumir 1 g de cálcio por dia, embora a necessidade de cálcio seja de apenas 0,5 g. O cálcio administrado com alimentos é apenas 50% absorvido no intestino. A absorção relativamente fraca é uma consequência da formação no trato gastrointestinal de fosfato de cálcio pouco solúvel Ca 3 (PO 4) 2 e sais de cálcio de ácidos graxos. No corpo, a concentração de íons Ca é regulada por hormônios.

Nos ossos e dentes de um adulto, cerca de 1 kg de cálcio está na forma de um mineral cristalino insolúvel - hidroxiapatita Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2, cuja formação ocorre quando os íons Ca interagem com íons fosfato. No sangue e na linfa, o cálcio é encontrado em estado ionizado e não ionizado - em compostos com proteínas, carboidratos, etc. O mecanismo de coagulação do sangue consiste em várias etapas, dependendo da presença de Ca ionizado. Os íons Ca estão envolvidos na transmissão de impulsos nervosos, contração muscular, regulação do músculo cardíaco.

A concentração de íons Ca dentro e fora da célula, respectivamente, é 10 -6 e (2,25-2,8) 10 -3 mol/l. Como o cálcio praticamente não é usado dentro da célula, ele atua como material de construção no corpo - nos ossos, nos dentes. O esqueleto é o principal armazenamento de cálcio no corpo.

Complexo ativado

agrupamento de átomos no momento decisivo do ato elementar de uma reação química. O conceito de A. a. é amplamente utilizado na teoria das velocidades das reações químicas.

O curso de um ato elementar pode ser considerado no exemplo de uma reação bimolecular gasosa (consulte Reações bimoleculares) da formação de iodeto de hidrogênio a partir de vapor de hidrogênio e iodo:

H 2 + I 2 \u003d 2HI (1)

Como mostra a teoria da mecânica quântica, quando as moléculas de H 2 e I 2 se aproximam a uma distância comparável às suas dimensões moleculares, elas se repelem com uma força que aumenta rapidamente com a diminuição da distância. A grande maioria das colisões de moléculas de H 2 e I 2 em uma mistura gasosa não levam a uma reação, porque a energia do movimento térmico das moléculas é insuficiente para superar a repulsão. Para uma certa fração muito pequena de moléculas, a intensidade do movimento térmico é, por acaso, muito maior do que a média; isso cria a possibilidade de uma aproximação tão próxima das moléculas de H 2 e I 2 que novas ligações químicas surgem entre os átomos de H e I, e as ligações químicas previamente existentes H-H e I-I são quebradas. As duas moléculas HI formadas se repelem e, portanto, divergem, o que completa o ato elementar da reação. Navegue a partir do local do link

2HI \u003d H 2 + I 2 (2)

o arranjo dos átomos em um A. a. será o mesmo que para a reação direta (1), mas as direções de movimento dos átomos nos complexos ativados das reações (1) e (2) são mutuamente opostas.

As relações de energia para uma reação elementar podem ser representadas esquematicamente usando um gráfico no qual a energia potencial do sistema reagente você mostrado como uma função do chamado. coordenada de reação X, descrevendo o arranjo mútuo de átomos.

Dado algum intervalo muito pequeno Δ X (arroz. ) e assumindo que a configuração dos átomos corresponde a A. a., se a coordenada X tem um valor dentro deste intervalo, podemos introduzir os conceitos - a concentração de complexos de reação direta ativados em um determinado sistema de reação com + e seu tempo de vida τ. Durante o tempo τ por unidade de volume, com + atos de reação direta. Como a velocidade da reação direta r + . é o número de atos de reação correspondentes por unidade de volume por unidade de tempo, então

Como o intervalo Δ Xé pequeno, então tanto c + quanto τ são proporcionais a Δ X, de modo que sua razão não dependa do valor de uma quantidade arbitrariamente escolhida Δ X. Quantidades com + e τ são calculados por métodos de mecânica estatística, usando uma série de suposições simplificadoras, das quais a principal é a suposição de que a reação não viola a distribuição estatisticamente de equilíbrio das moléculas sobre os estados.

A equação (3) expressa a ideia principal da interpretação teórica das taxas de reação com base no conceito de A. a. Ela não apenas permite julgar a dependência da taxa de reação nas concentrações de substâncias participantes da reação, em temperatura e outros fatores, mas também estabelece o valor absoluto da taxa. Portanto, o método de A. a. é freqüentemente chamado de teoria das taxas absolutas de reação. Em algumas reações comparativamente poucas, a reestruturação das ligações químicas é difícil, de modo que a obtenção da configuração do A. a. ainda não garante a implementação da reação. Para levar em conta a existência de tais reações, chamadas não adiabáticas, um fator adicional, o "coeficiente de transmissão" ou "coeficiente de transmissão" é introduzido no lado direito da igualdade (3); no caso de reações não adiabáticas, é muito menor que a unidade.

Os conceitos básicos do método A. to. foram explicados acima usando o exemplo de uma reação gasosa homogênea, mas o método também é aplicado às taxas de reações em soluções, reações catalíticas heterogêneas e, em geral, ao cálculo de taxas em todas as casos em que a transformação está associada à necessidade de concentração aleatória de energia de movimento térmico em uma quantidade muito superior à energia média das moléculas em uma determinada temperatura.

Uma comparação da teoria das taxas absolutas de reação com dados experimentais, bem como uma análise teórica de suas premissas, mostra que essa teoria, embora não muito precisa, é ao mesmo tempo uma aproximação bem-sucedida, valiosa por sua simplicidade.

Aceso.: Glesston S., Leidler K., Eyring G., Teoria das taxas de reação absolutas, trans. de Inglês, M., 1948.

M.I. Tyomkin.


Grande Enciclopédia Soviética. - M.: Enciclopédia Soviética. 1969-1978 .

Veja o que é "Complexo Ativado" em outros dicionários:

    Em química, o mesmo que o estado de transição ... Grande Dicionário Enciclopédico

    - (quim.), o mesmo que o estado de transição. * * * COMPLEXO ATIVADO COMPLEXO ATIVADO, em química igual ao estado de transição (ver ESTADO DE TRANSIÇÃO) ... dicionário enciclopédico

    complexo ativado- aktyvintasis kompleksas statusas T sritis chemija apibrėžtis Nepatvarus, iš reaguojančiųjų medžiagų susidarantis ir skylantis į reakcijos produktus kompleksas. atitikmenys: ingl. rus complexo ativado. complexo ativado... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

    - (quim.), o mesmo que o estado de transição ... Ciência natural. dicionário enciclopédico

(Estado de transição)

Esta teoria é a mais simples e historicamente a primeira versão da teoria estatística das reações químicas. Desenvolvido por E. Wigner, M. Polyani, G. Eyring, M. Evans nos anos 30 do século XX.

A teoria também se baseia na ideia de colisão de moléculas como condição indispensável para uma reação, mas, ao mesmo tempo, considera-se o mecanismo de colisão de moléculas.

Se considerarmos tal reação: A + B = C, então com base na teoria do estado de transição, podemos dizer que essa reação ocorre da seguinte forma: A + B ⇄ X ¹ ® C, onde A e B são as substâncias iniciais , X ¹ é o complexo de transição , C é o produto da reação.

O que é um complexo de transição? Imediatamente após a colisão das moléculas ativas A e B, começa a redistribuição das ligações químicas e a formação de um complexo de transição. Um complexo de transição é um estado de moléculas em interação quando as ligações antigas ainda não foram quebradas e as novas ainda não se formaram, mas a redistribuição das ligações já começou. O complexo de transição é quando as moléculas A e B perdem sua individualidade e temos uma combinação de átomos intermediária entre A, B e C. O estado de transição é caracterizado por uma mudança contínua nas distâncias entre os átomos que interagem. Essa é a diferença essencial entre um complexo de transição e uma molécula comum, na qual as distâncias médias entre os átomos não dependem do tempo. O complexo de transição também não deve ser confundido com produtos intermediários, nos quais as distâncias entre os átomos também permanecem inalteradas.

Deve-se notar que a formação do complexo de transição requer energia. A energia necessária para transformar os reagentes no estado do complexo de transição é chamada de energia de ativação. Como as moléculas iniciais ainda não se desintegraram, mas as ligações características das moléculas dos produtos da reação já começaram a se formar, então, naturalmente, a energia de transição para o estado ativado (E a) é menor que a energia de quebra de ligação nas moléculas das substâncias iniciais: E a< E диссоциации. Таким образом, образование переходного комплекса – процесс энергетически более выгодный, чем полный распад вступающих в реакцию молекул. Превращение активированного комплекса в продукты реакции всегда является процессом экзотермическим.

O principal postulado da teoria do estado de transição é que as substâncias iniciais estão sempre em equilíbrio com os complexos de transição: A+B ⇄ X ¹ ®C. Então a constante de equilíbrio químico da formação do complexo de transição é igual a: . (26)

A partir desta expressão, a concentração do complexo de transição é:

X ¹ = [A]×[B] (27)

Em seguida, o complexo de transição é destruído irreversivelmente com a formação do produto de reação C. A característica quantitativa deste processo é a frequência de decaimento do complexo de transição - R.



Sabe-se da mecânica estatística que o número P depende apenas da temperatura. Essa dependência se parece com:

onde k é a constante de Boltzmann; h é a constante de Planck; T é a temperatura absoluta.

Portanto, para uma dada temperatura, o número P é o mesmo para todos os estados de transição, e a velocidade de qualquer reação química depende apenas da concentração de complexos de transição:

V = (29)

No entanto, a concentração de estados de transição está relacionada com a concentração de reagentes pela relação (27) e, portanto, substituindo o valor de X ¹ na equação (29), obtemos uma expressão para a velocidade de formação dos produtos da reação.

V = ×[A]×[B] (30)

Para a reação de interação usual A + B ⇄ C, a lei da ação das massas é aplicável:

V = kv[A]×[B] (31)

(O símbolo k v é usado para a constante de velocidade, em contraste com a constante de Boltzmann).

Igualamos as partes certas das equações (30) e (31), obtemos:

kv = × ou kv =P× (32).

A equação (32) mostra que a uma dada temperatura, a constante de velocidade de reação depende da constante de equilíbrio químico da formação do complexo de transição e da frequência de decomposição dos complexos de transição.

A equação (32) é chamada de equação básica da teoria do estado de transição.

Em contraste com a teoria das colisões ativas, a teoria do estado de transição compara vários complexos possíveis, revela sua maior ou menor viabilidade e, como resultado, determina o caminho de reação energeticamente mais favorável.

Assim, a cinética química é baseada em duas teorias que se complementam. Se a teoria do estado de transição é usada para calcular as taxas absolutas de processos de eletrodos, processos de difusão, etc., então a teoria de colisões ativas descreve bem, como regra, reações na fase gasosa.