نظریه حالت گذار – از صفر تا صد

سهیل بحر کاظمی
سهیل بحر کاظمی
۱۴۰۴/۰۱/۲۶
۱۲ دقیقه
۴۰۶۸
آموزش متنی جامع
نظریه حالت گذار به عنوان توضیحی برای سرعت در واکنش‌های شیمیایی در نظر گرفته می‌شود. این نظریه، نوعی تعادل شیمیایی را بین واکنش‌دهنده‌ها و حالت گذار کمپلکس فعال فرض می‌کند. از نظریه حالت گذار بمنظور درک کیفی نحوه انجام یک واکنش شیمیایی بهره می‌گیرند. نظریه حالت گذار در محاسبه سرعت مطلق واکنش‌های شیمیایی چندان موفق نبوده چراکه این امر مستلزم دانش دقیقی از سطوح انرژی پتانسیل است اما در محاسبه آنتالپی، آنتروپی و انرژی گیبس استاندارد اکتیواسیون برای یک واکنش خاص، عملکرد خوبی دارد که البته در این خصوص، به مقدار آزمایشگاهی ثابت سرعت نیاز داریم. توجه داشته باشید که از نماد «‡^‡» در بیان مقادیر حالت گذار استفاده می‌کنند. به طور مثال، ΔH‡Δ H ^ ‡، بیانگر اختلاف بین آنتالپی حالت گذار و آنتالپی واکنش‌دهنده‌ها است.
نظریه حالت گذار – از صفر تا صد
997696

مقدمه

«نظریه حالت گذار» (Transition State Theory) یا TST، به طور همزمان در سال 1935 در دانشگاه‌های پرینستون و منچستر ارائه شد. نظریه حالت گذار را همچنین با نام‌های نظریه کمپلکس فعال،‌ نظریه سرعت مطلق و نظریه سرعت مطلق واکنش نیز می‌شناسند. پیش از توسعه نظریه حالت گذار، از قانون سرعت آرنیوس برای تعیین انرژی واکنش‌ها استفاده می‌کردند.

معادله آرنیوس از مشاهدات تجربی بدست آمده بود و مسائل مختلفی همچون تشکیل مواد واسط را به هنگام تبدیل واکنش‌دهنده به فرآورده در نظر نمی‌گرفت. به همین دلیل،‌ مطالعات بیشتری برای فهم این معادله نیاز بود. البته مدت زمانی در حدود 46 سال طول کشید تا این مطالعات، توسعه پیدا کنند.

سوانته آرنیوس

بیان ساده نظریه حالت گذار

بر اساس نظریه حالت گذار، بین شرایطی که در آن، مولکول‌ها به صورت واکنش‌دهنده هستند و حالتی که مولکول‌ها به شکل فرآورده دیده می‌شوند، حالتی موسوم به حالت گذار وجود دارد. در حالت گذار، واکنش‌دهنده به ذراتی به نام کمپلکس (پیچیده) فعال تبدیل می‌شود.

نظریه حالت گذار پیشنهاد می‌کند سه عامل اصلی برای انجام شدن یک واکنش وجود دارند:

  • غلظت کمپلکس فعال
  • سرعت شکستن اجزای کمپلکس فعال
  • نحوه شکستن اجزای کمپلکس فعال: یعنی حالتی که کمپلکس فعال در اثر شکسته شدن به واکنش‌دهنده یا فرآورده تبدیل می‌شود.
واکنش دو مولکولی زیر به همراه رابطه ثابت تعادل را در نظر بگیرید:

A+B→CA + B \rightarrow C

K=[C][A][B]K = \dfrac { [ C ] } { [ A ] [ B ] }

در نظریه حالت گذار در این واکنش، یک کمپلکس فعال به صورت AB‡AB ^ \ddagger تشکیل می‌شود که واکنش و رابطه ثابت تعادل برای آن در زیر نوشته شده است:

A+B⇌AB‡→CK‡=[AB]†[A][B]\begin {equation} \begin {aligned} A + B & \rightleftharpoons A B ^ {\ddagger} \rightarrow C \\ K ^ {\ddagger} & = \frac { [ A B ] ^ { \dagger } } { [ A ] [ B ] } \end {aligned} \end{equation}

در مسیر واکنش، همانطور که در تصویر زیر هم نشان داده شده است، مانعی به نام انرژی اکتیواسیون (فعالسازی) وجود دارد که برای انجام واکنش باید بر آن غلبه کرد.

نظریه حالت گذار

سرعت واکنش، برابر با تعداد کمپلکس‌های فعالی است که برای تشکیل فرآورده تجزیه شده‌اند. این مقدار را به صورت حاصلضرب غلظت کمپلکس فعال در فرکانس غلبه بر انرژی فعالسازی ذکر می‌کنند:
$$\begin{eqnarray} rate ~ & = & ~ v [ A B ^ \ddagger] \\ & = & ~ v [ A] [ B ] K ^ \ddagger \end{eqnarray}$$

مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید

بر اساس رای ۷ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر پرسشی درباره این مطلب دارید، آن را با ما مطرح کنید.
منابع:
WikipediaLibreTexts
PDF
مطالب مرتبط
۱ دیدگاه برای «نظریه حالت گذار – از صفر تا صد»

کامل بود

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *