化学自习室移动版

【导读】过渡态是反应中稍纵即逝的能量顶峰，化学键将断未断、将成未成的一种状态，中间产物是能量谷底，可短暂驻留的相对稳定的产物，化学键已重组完成。

如同登山者跨越山脊。

①过渡态≈脚踏山巅的瞬间：摇摇欲坠，无法停留，下一步必坠向任意一侧；

②中间产物≈半山腰的营地：可搭帐篷休整，积蓄力量再出发。

一、什么是过渡态(Transition State, TS)？

过渡态是反应物转化为产物的过程中，体系能量达到最高点时的不稳定状态，它位于描述反应进程路径坐标能量曲线的峰顶。

过渡态具有以下特点：

①能量最高点：反应物分子必须克服这个能垒才能变成产物。

②寿命极短：存在时间极短(约10⁻¹³秒)，无法被分离或直接观测。

③结构特殊：是旧键即将断裂、新键即将形成的临界构型。

如上面的反应历程图中明确标注了“过渡态1”、“过渡态2”、“过渡态3”、“过渡态4”四个点，均位于能量曲线的峰顶。如“过渡态1”位于“N₂吸+3/2H₂吸”(反应物吸附态)和“N吸+3H吸”(第一个中间态)之间的能量最高点，约45kJ/mol。

每个过渡态都对应着反应路径上的一个关键步骤(如N≡N键断裂、N-H键形成等)需要克服的最高能垒。

二、什么是中间产物？

中间产物是反应路径上位于两个过渡态之间的、能量相对较低且相对稳定(相对于过渡态而言)的物种，可以被认为是反应的“驿站”。

中间产物的特点：

①能量谷底：位于能量曲线的局部最低点。

②有限寿命：寿命比过渡态长得多(可能被检测到)，但通常仍比最终产物短或不稳定。

③可表征性：在催化反应中，它们常对应于催化剂表面吸附的特定物种(吸附中间体)。

如上面的反应历程图中标注了多个能量局部最低点，它们就是中间态。

①中间产物“N吸+3H吸”，能量约-250kJ/mol，表示N原子吸附在催化剂表面，同时3个H原子也吸附在表面。这通常发生在N₂分子在催化剂表面解离吸附(N₂→2N*)之后，并与吸附的H原子共存。

②中间产物“NH吸+2H吸”，能量约-186kJ/mol)，表示一个NH基团吸附在表面，同时还有2个H原子吸附。

③中间产物“NH₂吸+H吸”，能量约-146kJ/mol)，表示一个NH₂基团吸附在表面，还有一个H原子吸附。

④中间产物“NH₃吸”，能量约-96kJ/mol，表示完整的NH₃分子吸附(化学吸附)在催化剂表面。

这些中间产物都比它们前后的过渡态能量低，也比最终气态产物的能量低，因为吸附是放热的。