活化錯合物(Activated Complex)

活化錯合物(Activated Complex)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

活化錯合物(Activated Complex) 用來描述一個化學反應裡，反應物轉變成產物過程中，原子重組的過渡狀態化合物，活化錯合物極不穩定，可以進一步分解成產物，也可能在能量不足的狀態下回復成生成物。

分子要進行化學反應，首先分子必須要有足夠發生反應的能量，發生反應的臨界能量稱為活化能(Activation energy, Ea)，通常只有部份的分子的能量大於活化能可以進行反應。在過渡態理論(transition state theory)，反應物分子碰撞達到活化能時形成「活化錯合物」。 此外，由於活化錯合物能量靠近活化能，顯示無論是吸熱反應還是放熱反應都需要吸收能量才能形成。活化錯合物的生存時間非常短，以10^-12秒(picoseconds)計，從前活化錯合物是無法偵測的，但是現在科學家已經找到方法，利用10^-15秒(femtosecond)的脈衝雷射(pulsed laser)光來觀察活化錯合物。透過研究活化錯合物，可以了解反應機制(Mechanism)和反應能量變化。

在許多普化課本中活化錯合物又稱過渡態(transition state)，但是在進階的物理化學課本中，「活化錯合物」和「過渡態」其實具有不同的化學意義。我們常以化學反應位能圖（Reaction profile或reaction energy diagram）來描述一個化學反應 的能量改變。反應位能圖以化學反應的進行為橫坐標，反應位能為縱坐標，反應物和產物的位能高低依物質性質而定，反應物的能量不一定比產物低。反應物沿反應位能曲線變成產物，由於參與反應的反應物分子需要有足夠的能量進行原子重組，故反應位能上升，其最能量高點和反應物起始位能差為活化能(Ea)。剛好位於反應位能最高點的過渡化合物稱為「過渡態」。活化錯合物則是泛指「能量接近活化能的反應中間結構」。換句話說，過渡態是活化錯合物的一種。

圖一、反應位能圖。紅色點代表過渡態，藍色範圍為活化錯合物。

參考資料：
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 736.
2. Atkins, P. W.; De Paula, J. Atkins’ Physical Chemistry, 8^th edition; Oxford University Press: New York, 2006, pp. 880-883.
3. Wikipedia—Activated complex  http://en.wikipedia.org/wiki/Activated_complex
4. 陳竹亭主編，高級中學物質科學化學篇（上冊），第130頁至131頁，大考通訊社出版，2002年。