Теория Маркуса — Arc.Ask3.Ru

Теория Маркуса Теория Маркуса Разработана Рудольфом А. Маркусом для объяснения скорости реакций переноса электрона.   Первоначально рассматривала реакции во внешней сфере, […]

Теория Маркуса

  • Теория Маркуса

    • Разработана Рудольфом А. Маркусом для объяснения скорости реакций переноса электрона.  
    • Первоначально рассматривала реакции во внешней сфере, затем расширена на внутреннюю сферу.  
    • Заменяет теорию переходного состояния Айринга для реакций без структурных изменений.  
  • Основные принципы

    • В реакциях переноса электронов без образования или разрыва связей партнеры слабо связаны и сохраняют индивидуальность.  
    • Термически обусловленная реорганизация растворителя создает геометрически благоприятную ситуацию для скачка электронов.  
    • Теория Маркуса позволяет рассчитать свободную энергию активации Гиббса.  
  • Перевернутая область

    • В теории Маркуса скорость реакции должна замедляться в очень отрицательной области ΔG∘.  
    • Это было подтверждено экспериментально в 1984 году.  
  • Применение теории

    • Используется для описания фотосинтеза, коррозии, хемилюминесценции и других процессов.  
    • Расширена для рассмотрения гетерогенного переноса электронов.  
  • Окислительно-восстановительные реакции

    • В реакциях во внешней сфере связи не образуются и не разрываются, происходит только перенос электронов.  
    • В реакциях внутренней сферы A и D ковалентно связаны мостиковым лигандом.  
  • Модель Маркуса

    • Следствием переноса электронов является перераспределение зарядов в растворителе.  
    • Поляризация растворителя определяет свободную энергию активации и скорость реакции.  
    • В окислительно-восстановительных реакциях во внешней сфере растворитель играет доминирующую роль.  
  • Переходное состояние

    • В реакциях замещения, элиминации и изомеризации движение ядер и смещение зарядов происходят непрерывно.  
    • В окислительно-восстановительных реакциях во внешней сфере смещение ядер невелико, растворитель играет доминирующую роль.  
    • Электрон может «прыгать» только как единое целое, ядерные позиции остаются одинаковыми до и после скачка.  
  • Теория Маркуса

    • Разработана для расчета энергии поляризации неравновесного состояния.  
    • Энергия переходного состояния — это в основном энергия поляризации растворителя.  
  • Модель Маркуса

    • Маркус использует классическую электростатическую модель.  
    • Заряд может передаваться в любой части системы.  
    • Разделяет быструю электронную поляризацию и медленную атомную и ориентационную поляризацию растворителя.  
    • Ограничивается вычислением энергии внешней сферы.  
  • Теория поляризации диэлектриков

    • Маркус решает задачу передачи заряда между двумя телами произвольной формы.  
    • Использует окислительно-восстановительную пару для реакции самообмена.  
    • Вычисляет энергию WI и WII для передачи заряда.  
  • Формула Маркуса

    • Энергия неравновесного состояния зависит от величины переданного заряда.  
    • Энергия реорганизации λo определяется как энергия состояния с единичным зарядом.  
    • Энергия реорганизации для химических реакций также параболическая функция Δe.  
  • Химические аспекты

    • Реакция самообмена специфична и имеет положительную или отрицательную свободную энергию реакции Гиббса.  
    • ΔG∘ и λ0 независимы и могут быть суммированы.  
    • Пересечение парабол i и f дает энергию активации.  
  • Перевернутая область Маркуса

    • Энергия активации увеличивается при очень экзергонной реакции.  
    • Максимальная скорость реакции ожидается при ΔG∘ = 0.  
    • В перевернутой области поляризация соответствует трудно представимому распределению заряда.  
  • Перенос электронов во внутреннюю сферу

    • Расстояния во внутренней сфере зависят от заряда донора и акцептора.  
    • Ядра должны иметь идентичную конфигурацию для скачка электрона.  
    • Переходное состояние достигается вдоль геометрической координаты реакции.  
  • Координата реакции и вибрации

    • Координата реакции определяется вибрациями, различающимися по окисленным и восстановленным частицам.  
    • Для системы самообмена Fe2+/Fe3+ учитывается симметричная дыхательная вибрация шести молекул воды вокруг ионов железа.  
    • Вибрации имеют частоты νD и νA, силовые константы fD и fA.  
  • Энергия реорганизации внутренней сферы

    • Энергия реорганизации внутренней сферы λin зависит от смещения по нормальной координате.  
    • Нормальные координаты равновесия различаются для Fe(H2O)62+ и Fe(H2O)63+.  
    • Путем теплового возбуждения дыхательной вибрации достигается геометрия, общая для донора и акцептора.  
  • Вероятность скачка электрона

    • Сила электронной связи донора и акцептора определяет, является ли реакция переноса электрона адиабатической или неадиабатической.  
    • В неадиабатическом случае связь слабая, и система имеет определенную вероятность перехода от начальной кривой потенциальной энергии к конечной.  
    • В адиабатическом случае связь значительна, и система остается на нижней кривой потенциальной энергии.  
  • Теория Маркуса

    • Теория Маркуса основана на уравнении Аррениуса для определения скоростей химических реакций.  
    • Включает формулу для энергии активации и предэкспоненциального коэффициента.  
    • Энергия реорганизации определяется как энергия, необходимая для реорганизации структуры системы.  
  • Экспериментальные результаты

    • Маркус опубликовал теорию в 1956 году, но экспериментальные данные не подтверждали перевернутую область.  
    • Миллер, Калькатерра и Клосс обосновали использование инвертированной области для внутримолекулярного переноса электронов.  
    • Формально можно замкнуть параболу до такой степени, что ΔG‡ всегда = 0.  
  • Развитие теории

    • Маркус и его коллеги развили теорию, включив статистические аспекты и квантовые эффекты.  
    • Теория применена к хемилюминесценции и электродным реакциям.  
    • Маркус получил Нобелевскую премию по химии в 1992 году.  
  • Теория переноса электронов Ноэля С. Хаша

    • Хаш рассматривает непрерывное изменение электронной плотности при переносе по геометрической координате.  
    • Учитывает влияние растворителя, как Маркус.  
    • Известна как теория Маркуса–Хаша.  
  • Подход Маркуса

    • Маркус принимает вакуумное состояние реагентов за нулевую энергетическую точку.  
    • Включает энергию сольватации и электростатическую энергию образования комплексов.  
    • Квадратичная зависимость энергии реорганизации внешней сферы не связана с колебаниями реагентов или растворителя.  
  • Перекрестные реакции Маркуса

    • Реакции, в которых поляризация достигается при переносе более чем одного электронного заряда.  
    • Обратная реакция может способствовать пониманию.  
  • Теория адиабатического переноса электронов

    • Разработана Хашем с участием движения ядер.  
    • Характеризует перенос заряда, а не скачок электронов.  
  • Эмпирическая формула

    • ΔG‡ = ΔG0/2 + ΔG‡(0)2 + (ΔG0/2)2  
    • Описана Миллером, Калькатеррой и Клоссом.  
  • Квантовые эффекты

    • Сайдерс и Маркус исследовали квантовые эффекты в реакциях переноса электронов.  
    • Маркус изучал хемилюминесцентные реакции переноса электронов.  
  • Унифицированный подход

    • Маркус предложил унифицированный подход к гомогенным и электродным реакциям.  

Полный текст статьи:

Теория Маркуса — Arc.Ask3.Ru

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх