2010年11月16日 星期二

反應速率:瞭解動力 Reaction Rates:Understanding Kinetics(二)

有機化學的基礎207

徐弘毅:

1.      反應進行的速率操控於最高能量的過渡狀態。

2.      「反應物」要變成「產物」,必須破壞原本的「化學鍵」,並且重新調整原子之間的距離位置,使分子結構愈來愈接近「產物」。

3.      調整期間,新的力量又不斷破壞舊有結構,舊有的結構試圖拉回原型,這二股力量匯合的最高點,就是「過渡狀態」。

4.      決定速率的步驟是只有單一種化合物,稱為單分子unimolecular,或者,決定速率的步驟需要2種或2種以上的化合物互相碰撞。決定速率步驟有2種化合物稱為雙分子bimolecular

5.      一個單分子反應的中間產物包括,化學鍵均勻斷裂成的自由基碎片,或化學鍵非均勻斷裂離子碎片,中間產物很容易起反應、會迅速轉換成產物。

6.      化學鍵均勻斷裂成的「自由基」,每個「自由基」分子各擁有「化學鍵」的1個電子;化學鍵非均勻斷裂的「離子」,其中一個「離子」是帶有2個多餘電子的陰離子,另一個是缺少2個電子的陽離子。

7.      不論是哪種情況,反應速率決定於每單位時間碰撞的分子數的能量,是否足夠讓反應物克服活化能障壁變成產物。

8.      每單位時間碰撞的分子數愈多,能量愈強,愈容易跨越活化能障壁。因此,反應速率深深受到每秒分子碰撞次數的影響,而每秒分子碰撞次數又跟溫度或分子數量有關。

9.      「過渡狀態理論 transitionstate theory」計算轉換所需的能量,這個理論認為,一個反應要有效進行,必須滿足反應物變成產物所需的能量。

10.  過渡狀態是整個反應路徑中能量最高的狀態,如果沒有辦法跨過,「反應物」就不可能變成「產物」。

11.  一般而言,單分子反應要變得容易進行,可透過增加分子碎片的數目來跨越活化能障壁,或透過壓低活化能障壁來達成同樣的目的。

12.  增加每秒碰撞次數,會增加反應的能量,使更多的「反應物」變成「產物」;壓低「活化能障壁」,代表分子不需要那麼多的碰撞能量,就可以進入「過渡狀態」,所以也會使反應進行變得容易。

13.  要增加分子每秒碰撞數,可透過改變溫度,使每單位時間分子撞擊次數增加,應該也可以透過增加「濃度」來達成。

14.  壓低活化能障壁,是靠改變進行反應的載體substrate結構反應的路徑。例如,增加反應溶劑的極性,讓「反應物」先受到「離子」或「催化劑」誘導,部分瓦解與重組成,比原先反應「過渡狀態」能量更低的「過渡狀態」。

15.  反應速率取決於活化能,因為只有分子的動能等於或大於活化能,才能達到過渡狀態

16.  化學反應的進行透過「分子碰撞」,「分子碰撞」的能量是不是足夠打斷必要的「化學鍵」,甚至形成新的「化學鍵」,關鍵是分子的「動能」。

17.  分子的「動能」等於或大於「活化能」,代表反應物的必須打斷或形成的化學鍵,稍具雛形,進入到「過渡狀態」。如果分子的「動能」小於「活化能」,那麼雖然「化學鍵」稍微鬆動,也很快地彈回原型(反應物)。


 

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