浅谈物理化学中过渡态的搜索方法

2021-09-26张欣贺培楠

大学化学 2021年8期

张欣，贺培楠

北京化工大学化学学院，化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029

1 引言

物理化学是化学类专业学生本科阶段的一门学位课程。化学动力学是研究化学反应中速率和机理的理论[1]，是物理化学学习中的重要内容。化学动力学的发展先后经历了碰撞理论、过渡态理论和单分子反应理论等。其中，过渡态理论是目前研究最多、应用范围最广的化学动力学理论。对过渡态所处的“旧键未完全断裂，新键未完全形成”微观状态的理解是整个化学动力学学习的难点。因此，采用多种手段搜索过渡态，并直观、清晰地展示出温度对反应速率常数的影响，对物理化学相关知识点的学习具有重要意义[2,3]。

本文中，我们以1,3-丁二烯与乙烯的环加成反应为例，从微观角度出发，通过计算化学软件演示TS、QST2、QST3三种关键词搜索过渡态的过程，向学生直观地展示异构反应过渡态的立体构型；通过计算不同温度下的反应速率常数，揭示温度对反应速率的影响程度，帮助学生深入理解反应机理以及化学反应的本质。