9. Энергетический профиль реакции; энергетический барьер реакции, энергия активации, энергия переходного состояния, тепловой эффект реакции. Кинетический и термодинамический контроль.

Энергетический профиль реакции - график зависимости потенциальной энергии от координаты реакции Активация вызывается повышением температуры, действием электрического поля, действием квантов света и т.д. Энергия активации Еа постоянна в данном температурном интервале и определяется механизмом реакции. Разность между средним энергетическим уровнем молекулы и энергетическим уровнем реакции называется энергией активации или энергетическим барьером. Чем больше энергия активации (энергетический барьер), тем медленнее идет реакция. Энергия активации, разность между значениями средней энергии частиц (молекул, радикалов, ионов и др.), вступающих в элементарный акт химической реакции, и средней энергии всех частиц, находящихся в реагирующей системе. Переходное состояние — состояние системы, при котором уравновешены разрушенные и созданные связи. В переходном состоянии система находится в течение небольшого (10−15 с) времени. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы привести систему в переходное состояние, называется энергией активации. В многоступенчатых реакциях, которые включают в себя несколько переходных состояний, энергия активации соответствует наибольшему значению энергии. После преодоления переходного состояния молекулы вновь разлетаются с разрушением старых связей и образованием новых или с преобразованием исходных связей. Оба варианта возможны, так как происходят с высвобождением энергии (это хорошо видно на рисунке, поскольку оба положения лежат энергетически ниже энергии активации). Существуют вещества, способные уменьшить энергию активации для данной реакции. Такие вещества называют катализаторами. В биологических реакциях в качестве катализаторов выступают ферменты. Тепловой эффект реакции — это энергия, которая выделяется или поглощается, когда химические вещества претерпевают превращения в процессе химической реакции. Этот параметр отражает изменение содержания энергии при превращении реактантов в продукты. Реакция может быть экзотермической (с выделением тепла) или эндотермической (с поглощением тепла). Очень часто одно то же вещество в данных условиях реакции может подвергаться конкурентным реакциям с образованием различных продуктов. Такие реакции отображаются диаграммой (рис. 6.):

Диаграмма свободной энергии конкурирующих реакций: А – исходные вещества; В и С – продукты реакций. Если ни одна из конкурентных реакций не является обратимой, то продукт С должен получаться в большом количестве. Такой продукт называют кинетически контролируемым. Если реакции обратимы, соотношение продуктов может быть иным. Если остановить реакцию задолго до наступления положения равновесия, то в смеси будет больше продукта, который образуется быстрее, т.е. С. Такую реакцию называют кинетически контролируемой. Если позволить реакции достичь равновесия, то преобладающим или единственным продуктом будет термодинамически более стабильный (продукт В). В этом случае продукт С, образующийся первым, претерпевает обратное превращение в А и затем в В. В таких случаях продукт В называют термодинамически контролируемым.