Основные положения, итоговое уравнение и выводы по теории активных соударений и по теории переходного состояния. Сравнительный анализ теорий

1)Теория активных столкновений (С. Аррениус) основана на том, что химическое взаимодействие осуществляется только при столкновении активных частиц, которые обладают достаточной энергией для преодоления потенциального барьера реакции и ориентированы в пространстве друг относительно друга. Чтобы произошла реакция, частицы в момент столкновения должны обладать некоторым минимальным избытком энергии, называемым энергией активации.

Количество соударений двух атомов:

где С_А,С_В− концентрация компонентов; Д_АВ− эффективный диаметр двух взаимодействующих молекул.

Число столкновений велико и составляет величину N=10²⁸.

Большинство реакций протекают очень медленно. Следовательно, не все соударения приводят к химическому превращению, а реагируют только те молекулы, чья суммарная энергия взаимодействия больше некоторого потенциального барьера, называемого энергией активацией. Молекула, взаимодействие которых не привело к хим.превращению, изменяет свою скорость, а след-но, и кинетическую энергию.

При увеличении температуры в 2 раза, кинетическая энергия возрастает также в 2 раза, а доля молекул, обладающих избыточной энергии, возрастает в 150 раз.

Данная теория согласуется с законом действующих масс, т. к. учитываются текущие концентрации взаимодействующих молекул. Также данная теория подчиняется и закону Аррениуса, т. к. Т, стоящая в экспоненте, оказывает более сильное влияние на долю молекул, обладающих избыточной энергии, нежели Т в степени ½.

2) В теории переходного состояния все выводы строятся на основании того, что в результате соударения между реагирующими молекулами или молекулами исходного вещества и катализатора образуется активный комплекс с очень коротким временем осуществления. Скорость хим. реакции – скорость диссоциации промежуточного комплекса.

А+Z↔[AZ]↔B+Z

Энергию исходных веществ и промежуточного комплекса можно записать через функцию распределения:

- поступательное движение:

m- масса молекулы, k- пост. Больцмана, h-пост. Планка

- колебательное движение:

ν – частота колебаний молекулы.

- вращательное движение:

I – момент инерции молекулы.

Необходимо также учитывать запас энергии, приносимый молекулам всеми электронами, который является суммой вращательных, поступательных, колебательных движений электронов и их перемещения. Т. к. комплекс находится в неустойчивом состоянии и диссоциирует, необходимо учитывать энергетический вклад распада комплекса на продукты реакции.

Порядок энергетического вклада в общий запас энергии является следующее: поступ.движение-10 ⁸ ÷ 10 ⁹; колеб.движ- 10 ¹ ÷ 10 ²; вращательное - 10 ⁰ ÷10 ¹

Энергетическое состояние любой молекулы F=f_t∙f_r∙f_v

Согласно данной теории: W=[AZ]∙ν’

Тогда: W=K_P∙[A]∙[Z]∙ν’, где , где К_Р=е^-Еа/RT

Итоговое уравнение:

Полученное уравнение согласуется с законом действующих масс, т. к. учитываются концентрации исходных веществ. Оно подобно уравнению Аррениуса, т. к. Т, стоящая в экспоненте, оказывает более сильное влияние на скорость хим. реакции, чем температура Т. Данная теория специфична конкретно для каждой реакции, т. к. учитываются не только энергетические состояния исходных веществ, но и энергетические состояния образованных промежуточных комплексов.