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활성화 착물

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목차

1. 개요

활성화 착물은 전이 상태 이론에서 반응물 분자가 생성물로 변환되기 전에 거치는 중간 상태를 의미한다. 전이 상태 이론은 반응 분자가 최소 에너지와 올바른 배향으로 충돌해야 반응이 일어난다는 충돌 이론의 개념을 통합하며, 활성화 착물과 반응물 사이의 평형을 가정한다. 활성화 착물의 대칭성은 반응 속도 표현식의 정확도에 영향을 미칠 수 있으며, 속도 표현식에 통계적 인자를 곱하여 이를 보정할 수 있다. 활성화 착물은 특정 내부 정상 좌표를 따라 형성된 후 분해되는 분자들의 집합으로, 일반적인 분자와 유사한 특성을 가지지만, 에너지 장벽을 통과하는 추가적인 병진 자유도를 갖는다.

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활성화 착물
개요
이름활성 착물
다른 이름활성 복합체
영어 이름Activated complex
정의
정의화학 반응이 진행되는 동안 형성되는 불안정한 원자 구성
관련 개념
자유 에너지 변화ΔG°‡
관련 이론전이 상태 이론

2. 반응 속도

반응 속도는 반응물 분자가 생성물로 변환되는 속도를 의미한다. 반응이 일어나려면 반응물 분자들이 서로 충돌해야 하며, 이 충돌이 충분한 에너지와 올바른 방향으로 이루어져야 한다. 이러한 충돌 이론은 전이 상태 이론으로 이어진다. 전이 상태 이론에서는 반응물 분자들이 생성물로 바로 변환되는 것이 아니라, 활성화 착물이라는 중간 단계를 거친다고 설명한다.[6] 활성화 착물은 반응물과 생성물 사이의 에너지 장벽에 위치한 불안정한 상태의 분자 집합이다.

2. 1. 전이 상태 이론

반응의 동역학은 전이상태 이론으로 설명된다. 이 이론은 활성화 착물과 반응물 분자 사이에 평형이 존재한다는 개념을 바탕으로 한다. 충돌 이론에서는 반응이 일어나려면 반응 분자가 최소 에너지와 올바른 배향으로 충돌해야 한다고 설명하는데, 전이상태 이론은 이러한 충돌 이론의 개념을 통합한다. 반응물은 생성물로 분해되기 전에 먼저 활성화 착물로 변환된다.[6] 활성화 착물과 반응물의 특성을 통해 반응 속도 상수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

${\displaystyle k=K{\frac {k_{B}T}{h}}}$

여기서 ''K''는 평형 상수, ${\displaystyle k_{B}}$는 볼츠만 상수, T는 열역학적 온도, ''h''는 플랑크 상수이다.[8] 전이상태 이론은 반응이 진행됨에 따라 분자가 전이상태로 다시 돌아가지 않는다고 가정하므로 고전 역학에 기반을 둔다.[9]

2. 2. 대칭성

활성화 착물의 대칭성이 높으면 속도 표현식의 정확도가 감소할 수 있다.[10] 오차는 반응물과 활성화 착물의 대칭수를 회전 분배 함수에 도입함으로써 발생할 수 있다. 오차를 줄이기 위해, 속도 표현식에 통계적 인자를 곱하여 대칭수를 생략할 수 있다.

${\displaystyle k=l^{\ddagger }{\frac {k_{B}T}{h}}{\frac {Q_{\ddagger }}{Q_{A}Q_{B}}}e^{-{\frac {\varepsilon }{k_{B}T}}}}$

여기서 통계적 인자 ${\displaystyle l^{\ddagger }}$는 형성될 수 있는 등가 활성화 착물의 수이며, ''Q''는 생략된 대칭수로부터 얻어진 분배 함수이다.[10]

활성화 착물은 특정 내부 정상 좌표를 따라 형성된 후 분해되는 분자들의 집합이다. 일반적인 분자는 세 개의 병진 자유도를 가지며, 그 특성은 활성화 착물과 유사하다. 그러나 활성화 착물은 에너지 장벽에 접근하고, 이를 통과한 후 해리되는 것과 관련된 추가적인 병진 자유도를 갖는다.[8]

참조

[1] 간행물 Activated complex
[2] 서적 Physical Chemistry W.H. Freeman 2006
[3] 간행물 The transition state and cognate concepts https://linkinghub.e[...] Elsevier 2019
[4] 간행물 Transition State Theory
[5] 간행물 Transition State
[6] 서적 Chemical Kinetics and Reaction Dynamics http://link.springer[...] Springer Netherlands 2006
[7] 논문 The Activated Complex in Chemical Reactions https://pubs.aip.org[...] 1935
[8] 논문 The Activated Complex and the Absolute Rate of Chemical Reactions. https://pubs.acs.org[...] 1935
[9] 논문 Transition State Theory 1981
[10] 논문 Symmetries of activated complexes https://pubs.rsc.org[...] 1968
[11] 간행물 Activated complex
[12] 간행물 Transition State Theory
[13] 간행물 Transition State
[14] 서적 Physical Chemistry W.H. Freeman 2006


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