Найдем величину . В теории переходного состояния считается,
что плотность изображающих точек распределена в фазовом пространстве на
поверхности потенциальной энергии (ППЭ) равномерно в соответствии с
больцмановским распределением по энергии (
). В
элементарном объеме фазового пространства системы с s
степенями свободы
содержится
состояний (h
– постоянная Планка). Следовательно, статистическая сумма системы (полное число
возможных состояний) в квазиклассическом приближении равна
(5.12)
Квантовая статистическая сумма системы равна
(
- фактор вырождения)
Тогда величина выражается через
статистические суммы молекулы A (
), молекулы В (
) и активированного комплекса
(
)
следующим образом (при этом энергии молекул и активированного комплекса
отсчитываются не от одного общего уровня, а от их основного состояния):
(5.13)
В активированном комплексе значение координаты реакции
фиксировано на критическом значении . Мы считаем слой
достаточно тонким, так что при смещении
внутри слоя в направлении, перпендикулярном критической поверхности, изменением
энергии системы можно пренебречь. Тогда состояние системы внутри этого слоя
может рассматриваться как одномерное движение активированного комплекса на
длине
. В этом случае
(5.14)
где
(статистическая сумма поступательного движения) (5.15)
-
статистическая сумма активированного комплекса.
Окончательно получаем для скорости химической реакции:
(5.16)
и для константы скорости
(5.17)
Эта формула является основным результатом метода переходного состояния. Для произвольной элементарной реакции
константа скорости выражается через статистические суммы реагентов и активированного комплекса аналогичным образом:
(5.18)
5.6. Статистические суммы
Энергия молекул с неплохой точностью может быть представлена в виде суммы энергий различных движений – электронного, колебательного, вращательного и поступательного. В соответствии с этим статистическая сумма молекулы представляется в виде произведения статистических сумм, относящихся к различным степеням свободы:
(5.19)
Пользуясь выражением (5.12) можно посчитать эти статистические суммы. Приведем здесь результат этих вычислений.
1. Поступательная статсумма трехмерного движения:
(5.20)
2. Статсумма одномерного вращения вокруг оси:
(
)
(5.21)
3. Вращательная статсумма линейного ротатора:
(5.22)
4. Вращательная статсумма нелинейного ротатора:
(5.23)
5. Колебательная статсумма:
(5.24)
6. Электронная статсумма:
так как обычно электронно-возбужденные состояния молекул лежат очень высоко (по сравнению с kT), то электронные степени свободы полностью заморожены; в этом случае электронная статсумма равна просто степени вырождения основного электронного состояния атома или молекулы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.