ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

КООРДИНАТА РЕАКЦИИ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


КООРДИНАТА РЕАКЦИИ, величина, характеризующая изменение многоатомной системы в процессе ее хим. превращ. из реагентов в продукты р-ции. Определение К. р. тесно связано с топографией поверхности потенциальной энергии (ППЭ) U (qi), к-рая является ф-цией N внутр. координат системы qi (i=1,2, ..., N), определяющих взаимное расположение атомных ядер, т. е. конфигурацию системы. Реагентам и продуктам на ППЭ соответствуют минимумы с конфигурациями (совокупностями координат) q'={q'1,q'2,...,q'N} и q''={q''1, q''2,..., q''N}, активированному комплексу -седловая точка 441_460-71.jpg = {441_460-72.jpg, 441_460-73.jpg441_460-74.jpg}. Кривая, проходящая через эти три точки, наз. путем р-ции и определяется как путь скорейшего спуска из конфигурации 441_460-75.jpg в конфигурации q' и q: (рис. 1). При таком
441_460-76.jpg
Рис. 1. Поверхность потенциальной энергии хим. р-ции А+ВС:АВ+С. Крестом обозначена седловая точка, пунктиром - путь р-ции.

определении путь р-ции часто называют путем минимальной энергии. Путь р-ции состоит из двух ветвей, одна из к-рых соответствует дну долины, ведущей из минимума, отвечающего реагентам, в точку перевала 441_460-77.jpg, а другая-дну долины, ведущей из 441_460-78.jpg в минимум, отвечающий продуктам. К. р. определяется как длина дуги s(q,q') на кривой пути р-ции, отсчитанная от начальной точки q' до любой точки q, лежащей на этой кривой. В точке перевала К. р. 441_460-79.jpg , а в минимуме, отвечающем продуктам, К. р. s''=s(q:,q'). Для нек-рых целей удобно пользоваться безразмерной К. р. а: 0[а= s/s:[1.
441_460-80.jpg
Рис. 2. Сечение поверхности потенциальной энергии вдоль пути р-ции. Реагентам и продуктам соответствуют минимумы при а=0 и а=1 (два изомера в случае изомеризации). Если долине реагентов или продуктов соответствуют дв" мол. фрагмента со свободным относит. движением, минимумы вырождаются в горизонтальные асимптотич. полупрямые (показаны пунктиром). Концепция К. р. имеет важные приложения в качеств, теории реакционной способности. Сечение ППЭ вдоль пути р-ции изображено на рис. 2. Принимая простые модели энергетич. профиля U (а), можно вывести разл. корреляционные соотношения, связывающие высоту барьера 441_460-81.jpg, тепловой эффект р-ции Q и положение а вершины барьера на К- р. (ур-ния Поляки - Семенова, Брёнстеда, Маркуса, постулат Хаммонда и др.). Вудворда - Хофмана правила обычно выводят из корреляц. диаграмм, характеризующих изменения энергетич. уровней хим. системы при ее переходе от исходного состояния реагентов к продуктам вдоль предполагаемого пути р-ции, сохраняющего определенные элементы симметрии системы. Уточнение и развитие концепции К. р. связано с проблемами динамики элементарного акта хим. р-ции. Во-первых, описанный выше выбор кривой пути р-ции как пути кратчайшего спуска из седловой точки в долины реагентов и продуктов на ППЭ неоднозначен. Он зависит от выбора внутр. координат системы qi. Однозначный (инвариантный) выбор модифицирует определение пути р-ции таким образом, что получаемая кривая в любой системе координат представляет собой одну и ту же последовательность геом. конфигураций q={q1, q2, .... qN} системы. К. р., определенная на инвариантном пути р-ции, наз. собственной К. р. Во-вторых, вводится понятие кривизны пути р-ции К=dy/ds, где s - собственная К. р., g=g(s) - угол между направлением касательной к инвариантной кривой пути р-ции и нек-рым заданным фиксир. направлением (напр., осью х, рис. 3а). Для описания дина ми ч. эволюции системы удобно перейти от внутр. координат qi к спец. криволинейным координатам - естеств. координатам. Одной из них является собственно К. р. s. а остальные, наз. поперечными координатами, отсчитываются вдоль нормалей к пути р-ции в каждой его точке. Поперечные координаты локально являются координатами нормальных колебаний (нормальными колебат. модами), для к-рых равновесные положения лежат на пути р-ции, а формы и частоты изменяются с изменением s. В естеств. координатах записывается гамильтониан системы (гамильтониан пути р-ции), позволяющий наглядно интерпретировать динамику элементарного акта процесса. Динамич. взаимодействие между собственной К. р. и поперечными координатами в осн. определяется величиной К. В области поворота пути р-ции, где кривизна велика (рис. 3, а), происходит обмен энергией между поступательными (вдоль собственной К. р.) и колебательными движениями и создается неравновесная заселенность уровней поперечных колебат. степеней свободы. Если пренебречь кривизной пути р-ции и сопутствующими динамич. эффектами, то движение вдоль К. р. оказывается независимым от поперечных колебаний. Эта модель хим. процесса наз. адиабатической, она лежит в основе активированного комплекса теории.
441_460-82.jpg
Рис. 3. Двухмерные схемы естественных координат р-ции: a - при малой кривизне пути р-ций. v поперечная колебат. координата, ортогональная пути р-ции. Точка q на плоскости ху (конфигурация системы) м. 6. описана в координатах s, v. Угол g определяет направление касательной к пути р-ции в каждой его точке; б - при большой кривизне пути р-ции. Переход из долины реагентов в долину продуктов вдоль колебат. координаты v показан стрелками.

Концепция К. р. не может быть универсальной и применимой к любым хим. процессам. Так, в системах с очень большой кривизной пути р-ции описание динамики элементарного акта в естественных К. р. неудовлетворительно. Возникает возможность прямых переходов из долины реагентов в долину продуктов не вдоль собственной К. р., а вдоль поперечных координат (рис. 3,б), к-рые невозможно учесть в гамильтониане пути р-ции. Они имеют место, напр., при туннельных р-циях обмена легкого атома типа R1Н+R2:R1+R2H (см. Туннельный эффект в химии).
===
Исп. литература для статьи «КООРДИНАТА РЕАКЦИИ»:
Базилевский М. В., Рябой В. М., Поверхности потенциальной энергии, в Сб.: Проблемы квантовой химии, т. 2, М., 1989.

Страница «КООРДИНАТА РЕАКЦИИ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков