RRKM理论

✍ dations ◷ 2025-07-03 12:06:40 #化学物理学,量子化学,分子物理学,化学动力学

RRKM理论是一个关于化学反应速率的理论和计算模型。在1928年前后由Rice、Ramsperger、Kassel三人提出,当时称为RRK理论。RRK理论又于1951年经Marcus修正,故名RRKM理论。

在具正能量势垒的单分子化学反应中,反应物分子需要获得足够的额外能量成为高能分子,才能越过势垒达到产物一方。这个额外能量或者来自电磁辐射等外部来源,或者来自分子之间的能量交换。

RRK理论认为,高能分子的能量是在其内部各个自由度间达成均匀分配。因此,一个特定反应的速率k完全由分子的能量ε所决定, k = k ( ε ) {\displaystyle k=k(\varepsilon )} ,而与其激发方式无关。

Rudolph A. Marcus进一步考虑了分子内部正则振动和转动自由度的情况,以及前者中零点能量的存在。按照RRKM理论推算,能量为 ε {\displaystyle \varepsilon ^{*}} 的高能分子之反应速率取决于 P ( ε *active ) / N ( ε ) {\displaystyle P(\varepsilon ^{\mbox{*active}})/N(\varepsilon ^{*})} ;其中 N ( ε ) {\displaystyle N(\varepsilon ^{*})} 是能量在 ε {\displaystyle \varepsilon ^{*}} ε + d ε {\displaystyle \varepsilon ^{*}+\mathrm {d} \varepsilon ^{*}} 之间的量子态密度, P ( ε *active ) {\displaystyle P(\varepsilon ^{\mbox{*active}})} 是活化分子中的活化量子态总和。

较之RRK理论,RRKM理论在形式上和过渡态理论(Transition State theory)达到了统一。

目前RRKM理论常见于从头计算单分子反应的速率。在很多情况下,RRKM的结果在理论计算值中是与实验值吻合最好的。

高温、高能量的环境一般有助于促进分子内传能的无规化,从而使其更加符合RRKM理论的假设。反之,如果高能分子内部传能是有选择的(例如偏向某些自由度),RRKM理论结果则会产生偏差。

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