Поверхность потенциальной энергии реакции

Рисунок 1 – Карта поверхности потенциальной энергии (ППЭ) для трехатомной системы А+ВС®АВ+С.

Рисунок 2 – Профиль изменения потенциальной энергии или координата реакции А+ВС®АВ+С

На энергетической карте можно выделить долину Р₁, в которой система А+ВС находится до реакции и долину Р₂, в которой находятся АВ+С, образующиеся после реакции. Для перехода системы из Р₁ в Р₂, она должна преодолеть энергетический барьер и пойти через наиболее выгодный энергетический путь, т.е. через ложбину Р. Точка Р и рядом находящиеся участки - это область существования промежуточного активированного комплекса, который отличается неустойчивостью по сравнению с молекулами в долине Р₁ и Р₂. Активированный комплекс обладает дополнительными степенями свободы, чем молекулы, находящиеся в Р₁ и Р₂ и поэтому, совершив половину колебаний, он скатывается по энергетической диаграмме с Р в Р₂, распадаясь на продукты реакции. Разность потенциальной энергии между Р₁ и Р равна энергии активации ( ), обладая которой, молекулы в состоянии преодолеть потенциальный барьер и перейти в конечные продукты. Это хорошо видно из профиля этой реакции, рисунок 2. Теперь, когда раскрыли физический смысл поверхности потенциальной энергии (ППЭ), химическая реакция атома А и двухатомной молекулы ВС может быть представлена как движение фигуративной точки по этой поверхности. Поскольку ППЭ не имеет пересечений сама с собой, то каждая ее точка соответствует некоторому определенному и конечному значению потенциальной энергии U, которая является непрерывной и однозначной функцией межъядерных расстояний А-С и А-В. Вполне очевидно, что на данной ППЭ каждая индивидуальная пара реагирующих частиц А + ВС движется по своей траектории, заданной начальными условиями. Поэтому на этой поверхности появляется множество (порядка 10²³) разных траекторий, причем не только реакционных, но и «возвратных» в исходные состояния. В тоже время и для реакционных траекторий вероятность превращения реагентов в продукты далеко не одинакова. Она максимальна, когда траектория фигуративной точки проходит по дну долины реагентов через перевальную точку Р и по дну долины продуктов АВ и С. Это особая траектория, соответствующая минимальному изменению потенциальной энергии, обозначается как путь реакции. Когда система А + ВС, двигаясь вдоль пути реакции, оказывается в непосредственной близости от точки Р на ППЭ, она приобретает конфигурацию, где ужу не существует исходной молекулы ВС, но еще и нет молекул АВ. Атом В в этой конфигурации в равной степени принадлежит и атому С и атому А. Это состояние, в котором межатомные расстояния близки друг к другу, называется переходным, а ядерная конфигурация - активированным комплексом.