
【化】 activated complex theory
【化】 activated complex; transition complex; transition state
frame of reference; theoretics; theorization; theory
【化】 Rice-Ramsperger-Kassel theoryRRK; theory
【医】 rationale; theory
活化络合物理论(Activated Complex Theory)是化学动力学中描述反应机理的核心模型,又称过渡态理论。该理论认为,化学反应过程中反应物需越过一个高能过渡态(即活化络合物),其形成与分解决定反应速率。以下从汉英对照与科学原理角度分三部分解析:
定义与核心概念
活化络合物(activated complex)指反应物转化为产物过程中形成的瞬时高能中间体,其势能位于反应坐标的鞍点位置。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义,该状态具有部分断裂的旧化学键和部分形成的新化学键,对应势能面(potential energy surface)的临界点。英文术语中,"complex"强调其结构复杂性,"activated"则指向能量活化过程。
理论原理与数学表达
该理论通过统计力学推导反应速率常数公式:
$$ k = frac{k_B T}{h} cdot frac{Q^ddagger}{Q_A Q_B} cdot e^{-E_a/(RT)} $$
其中$Q^ddagger$为活化络合物的配分函数,$E_a$为实验活化能。此公式将宏观反应速率与分子微观运动相关联,印证了阿伦尼乌斯方程的物理本质。
应用领域与发展
该理论广泛应用于催化反应机理研究、酶动力学模拟以及大气化学建模。2020年诺贝尔化学奖得主Emmanuelle Charpentier在CRISPR基因编辑技术研究中,曾借助该理论解析DNA切割反应的过渡态特征。现代扩展版本已与量子隧道效应、分子动力学模拟相结合,形成更精确的反应路径分析方法。
活化络合物理论(又称过渡态理论或绝对反应速率理论)是描述化学反应过程的重要理论,以下是其核心要点:
该理论由艾林(Eyring)和波兰尼(Polanyi)于1935年提出,基于量子力学和统计热力学,认为反应物分子需经过一个高能过渡态(即活化络合物)才能转化为产物。反应物形成活化络合物时需吸收活化能,而该络合物既可分解为产物,也可返回为反应物。
活化能被定义为反应物转化为活化络合物所需的能量,即活化络合物的生成能(如图1所示)。此时系统处于势能面的鞍点,兼具反应物与产物的部分结构特征。
总反应速率取决于活化络合物分解为产物的速率。理论通过分子振动频率、质量、核间距等参数计算速率常数,因此被称为“绝对反应速率理论”。
典型应用包括分析双分子反应的势能曲线(如H+H₂反应),通过势能面揭示断键与成键的微观过程。
如需更完整的数学公式推导或实验验证细节,可参考权威教材或量子化学研究文献。
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