3.4 反应速率理论简介
定量描述浓度和温度对反应速率影响的速率方程和Arrhenius方程都是实验事实的总结。在前面的讨论中,至少还有两个问题需要回答。其一是活化能的本质和物理意义;其二是反应级数与反应方程中计量数不相等的原因。为此,下面简单讨论反应速率理论的碰撞理论和活化络合物理论。
3.4.1、分子碰撞理论
分子碰撞理论的要点
分子碰撞理论以气体分子运动论为基础的。主要用于气相双分子反应。
理论要点是:发生反应的分子必须发生有效碰撞。
有效碰撞:分子间发生反应的碰撞。
有效碰撞的两个基本前提:发生碰撞的分子应有足够高的能量,并且按照一定的方向碰撞。
活化分子:能够发生有效碰撞的分子。
反应活化能:指反应中活化分子的平均能量与反应物分子平均能量之差。
Ea =
温度一定时,反应的活化能和活化分子分数一定。如果增大反应物的浓度,则增大活化分子总数,反应相应加快。
当浓度一定时,如果升高温度,活化分子分数增大,反应速率系数增大,反应加快。
该理论直观,但仅限于处理气体双分子反应,且把分子当作刚性球,忽略了的分子结构。
3.4.2、过渡状态理论(活化配合物理论)
20世纪30年代由艾林(Eyring)和Pelzer 提出,运用了量子力学及统计力学方法。认为从反应物到生成物之间形成了势能较高的、很不稳定的活化络合物。活化络合物所处的状态叫过渡态。过渡态与始态反应物的能量差为正反应的活化能;过渡态与终态反应物的能量差为逆反应的活化能。正、逆反应的活化能之差等于反应的摩尔焓变。
Ea(正) >Ea(逆), ΔrHm >0 ,为吸热反应
Ea(正) <Ea(逆), ΔrHm <0 ,为放热反应
一般化学反应Ea =60~250kJ•mol
若Ea<40 kJ•mol v 太大,无法测定。
若Ea>250 kJ•mol-1 v太小
该理论可以理论计算一些简单反应的活化能、且与Arrhenius 的实验活化能值相符,指出了反应速率与微观结构的联系,是一个正确方向, 不但与Ea 有关,而且与形成活化配合物过程.G0 有关, 从而建立了动力学与热力学的桥梁。但确定活化配合物的结构十分困难,目前只解决了几个简单反应, 应用范围还较小。