反应速率理论
两个不同的化学动力学理论方法导致的细节基本的理解化学反应发生。这两个是基于的想法势能表面,模型展示势能反应系统随某些关键原子间的距离。的一种基本反应是由系统势能表面的运动。一个理论方法问题涉及到研究区域的势能表面对应于能量势垒上的最高点,将反应物与产品。这种方法相对简单,导致明确的一般表达式反应速率。第二种方法需要考虑到动力学系统的运动的势能表面。
过渡态理论
表面势能的概念源自荷兰物理化学家的想法即范特霍夫和瑞典物理学家8月Svante阿伦尼乌斯提出解释的影响温度反应速率。一个重要的进步是在1931年由美国化学家亨利·艾林和英国化学家迈克尔·波拉尼谁建造的基础上量子力学,一个简单的反应势能面Hα+ Hβ- hγ→Hα- hβ- hγ→Hα- hβ+ Hγ。为了方便标签α、β和γ添加标。这个反应发生时,一个原子Hα攻击一个氢分子Hβ- hγ和抽象的一个氢原子。随着债券开始形式,Hβ- hγ债券变得越来越扩展,最后休息。在反应路径,都有一个特定的中间状态对应于最大价值的潜在能量。
这个特殊的中间状态通常是指定的上标‡(上面使用阿仑尼乌斯方程的讨论)。它被称为一个活化络合物和中,扮演着重要的角色过渡态理论艾林于1935年独立开发,波兰尼和英语物理化学家M.G.埃文斯。理论的基本特征是,激活复合物被认为是由反应物的状态平衡与反应物。因此,上述反应可以写成Hα+ Hβ- hγ→Hα- hβ- hγ‡(在平衡与Hα+ Hβ- hγH)→α- hβ+ Hγ。
由于活性复合物是处于平衡状态,其浓度可以表示反应物的浓度。反应速率是浓度乘以它们形成产品的频率,这是众所周知的动力学理论。尽管参与过渡态理论的近似,它已经成功地提供了一个洞察化学反应如何发生以及他们的利率取决于多种因素。
分子动力学
第二个理论化学动力学方法被称为分子动力学,或反应动力学。这是一个更详细的治疗反应,旨在探讨原子运动时产生的化学反应和量子反应物和产物分子。这样的研究是很重要的在测试中过渡态理论和相似的治疗方法的有效性。有重要的实际应用动力学,如反应发生激光,信息产品的能量状态需要一个化学反应;这些信息没有提供过渡态理论,分子动力学是一个重要的结果。
考虑一个简单的反应类型的a + c→Y + Z, a是一个原子和c是一个双原子分子。一个动力计算首先涉及到计算,利用量子力学,势能面出的势能对应于一组初始配置。人能让动力计算各种反应物c的振动状态和各种转化的能量。理想情况下的计算是基于量子力学,但这证明困难,经常使用经典力学。除了某些类型的量子效应是重要的反应,似乎对许多反应系统中涉及到的错误忽略量子效应并不大。原则上动力计算应该给通讯的结果比其他任何治疗;然而,对于任何但最简单的反应,计算机计算耗时,,因为许多近似必须节省计算机的时间,经常有一些不确定性的结果。
沿着这些线路,已经完成了大量的工作,在整个的协议与实验和过渡态理论是令人满意的。此外,一些计算表明重要概括的反应。例如,表面势能的形式极大地影响反应释放能量是否驻留在产品的振动或分子动能的翻译。实验研究的简单反应,尤其是一些涉及光发射的研究反应(化学发光),使用窄分子束,也导致了化学反应的知识。
基思·j·Laidler