過渡態理論[1]

過渡態理論，也稱活化復合體理論或絕對反應速率理論，是對化學反應和其他過程的研究，認為它們是通過組成原子和分子的相對位置和勢能的連續變化來進行的。在原子或分子的初始排列和最終排列之間的反應路徑上，存在一種中間態，處于這個中間態時，勢能達到最大值。這個最大值對應的構型被稱為活化絡合物，它的狀態被稱為過渡狀態。過渡態能量與初始態能量的差值與反應的實驗活化能密切相關；它表示反應或流動系統為進行轉換必須獲得的最小能量。在過渡態理論中，活化絡合物被認為是在與處于初始狀態的原子或分子的平衡狀態下形成的，因此可以確定其統計和熱力學性質。達到終態的速率由形成的激活復合物的數量和它們進入終態的頻率決定。對于簡單的系統，這些量可以用統計力學原理計算出來。用這種方法，化學或物理過程的速率常數可以用原子和分子的尺寸、原子質量和原子間或分子間的力來表示。過渡狀態理論也可以用熱力學術語來表述。

圖1：勢能曲線

活化能是指在化學反應中將反應物轉化為產物所需的最小能量。活化能的值等于處于中間構型（稱為過渡態或活化絡合物）的粒子與處于初始態的反應物粒子之間的位能差。因此，活化能可以看作是反應物在生成生成物之前必須克服的障礙。

反應熱[2]

反應熱，也叫反應焓，在化學反應過程中，為了使所有物質在相同的溫度下存在，必須增加或除去的熱量。如果反應系統容器中的壓力保持恒定值，則測量的反應熱也表示隨反應過程而發生的熱力學量的變化，稱為焓或熱含量。即反應結束時物質的焓與反應開始時物質的焓之差。因此，在恒壓下確定的反應熱也被指定為反應焓，用符號ΔH表示。若反應熱為正，則稱該反應為吸熱反應；如果是負的，則是放熱的。

伴隨化學變化的熱效應的預測和測量對于理解和運用化學反應是很重要的。如果包含反應系統的容器隔熱程度非常高，沒有熱量流入或流出系統（絕熱狀態），則伴隨轉化的熱效應可能表現為溫度的升高或降低（視具體情況而定）。確切的反應熱值對于正確設計化學過程中使用的設備是必要的。

因為對每一個反應進行熱測量是不現實的，而且對某些反應這樣的測量甚至可能是不可行的，所以習慣上是從已編制的標準熱數據的適當組合來估計反應的熱。這些數據通常采用標準生成熱和燃燒熱的形式。標準生成熱的定義是：當1摩爾化合物由其組成元素形成時，每種物質在其正常物理狀態（氣體、液體或固體），在25°C（77°F）和1大氣壓下吸收或演化的熱量。元素的生成熱可以隨意地賦值為零。標準燃燒熱的定義與此類似，即1摩爾物質在過量的氧氣中燃燒時，在25°C和一大氣壓下所產生的熱量。從測量的生成熱和燃燒熱計算反應熱的方法是基于熱總和的原理稱為赫斯定律。

圖2：催化和熱反應（非催化）反應的能量分布

催化劑[3]

催化劑是在化學中經常使用到的一種物質，能在不消耗自身的情況下加快反應進度。酶是自然發生的催化劑，負責許多基本的生化反應的進程加速。

大多數固體催化劑是金屬或金屬元素以及半金屬元素硼、鋁和硅的氧化物、硫化物和鹵化物。氣態和液態催化劑通常以其純物質形式或與適當的載體或溶劑結合使用；固體催化劑通常分散在其他被稱為催化劑載體的物質中。

一般來說，催化作用是催化劑和反應物之間的化學反應，形成化學中間體，這些中間體能夠更容易地相互反應或與另一種反應物反應，以形成所需的最終產物。在化學中間體和反應物之間的反應中，催化劑被再生。催化劑和反應物之間的反應模式變化很大，在固體催化劑中往往是復雜的。典型的這些反應有酸堿反應、氧化還原反應、配位絡合物的形成和自由基的形成。對于固體催化劑，反應機理受到表面性質和電子或晶體結構的強烈影響。某些固體催化劑，稱為多功能型催化劑，能夠與反應物發生多種形式的相互作用；雙功能催化劑則被廣泛應用于石油工業的重整反應。

催化反應是許多工業化學過程的基礎，且催化劑制造本身就是一個快速發展的工業過程。

圖3：乙烯聚合工業中用到的齊格勒-納塔催化劑

乙烯氣體在壓力下被泵入反應容器，在該反應容器中，它在齊格勒-納塔催化劑的影響下，在溶劑存在下進行聚合。一種由聚乙烯、未反應的乙烯單體、催化劑和溶劑組成的漿液從反應器中流出。未反應的乙烯被分離并返回反應器，而催化劑被酒精洗滌中和并過濾。多余的溶劑從熱水浴中回收并回收，干燥器將濕聚乙烯脫水為其最終的粉末形式。

化學中間體[4]

化學中間體，指在某些反應物轉化為產物過程中產生的任意化學物質。大多數合成過程都涉及通過一系列步驟將一些現成的、通常價格較為低廉的物質轉化為所需的產品。一個步驟產生并用于后續步驟的所有物質都被認為是中間體。

除了在中間不穩定分子生成時停止反應的物質可以作為產物回收的物質外，有些化學物質即使還沒有被分離出來，也已知或假設為中間體。在一般不穩定的中間體的類別中，被研究最為充分的是自由基、碳烯和碳離子。這些中間體屬于是分子的高度活性碎片，通常只在很短的時間內保持不結合。

參考文獻

1. Laidler, Keith J.. "transition-state theory". Encyclopedia Britannica, 23 Sep. 2019, https://www.britannica.com/science/transition-state-theory.

2. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "heat of reaction". Encyclopedia Britannica, 25 Aug. 2022, https://www.britannica.com/science/heat-of-reaction.

3. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "catalyst". Encyclopedia Britannica, 30 Oct. 2022, https://www.britannica.com/science/catalyst.

4. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "chemical intermediate". Encyclopedia Britannica, 20 Jul. 1998, https://www.britannica.com/science/chemical-intermediate.

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