Teoria stanu stacjonarnego (chemia)

Teoria stanu stacjonarnego (przybliżenie stanu stacjonarnego, przybliżenie Bodensteina) – założenie upraszczające rozwiązywanie niektórych równań kinetycznych reakcji chemicznych. Teoria ta zakłada, że stężenie produktów pośrednich w reakcjach następczych jest stałe i jednocześnie pomijalnie małe w porównaniu do stężeń substratów i produktów.

Np: w przypadku reakcji, której mechanizm jest następujący:

$\mathrm{S \rightleftarrows PP \rightarrow P}$

przy czym szybkości poszczególnych reakcji elementarnych opisują stałe szybkości reakcji k₁, k₂ i k₃:

$\mathrm{S \xrightarrow{k_1} PP \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, S \xleftarrow{k_2} PP \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, PP \xrightarrow{k_3} P}$

S – substrat; PP – produkt pośredni; P – produkt końcowy

Zakładając, że stężenie produktu pośredniego ustala się szybko na bardzo niskim poziomie, można zapisać kinetyczny warunek takiej sytuacji (zmiana stężenie produktu pośredniego w czasie jest równa 0):

$\frac{d\operatorname{[PP]}}{dt} = k_1 \operatorname{[S]} - k_2 \operatorname{[PP]} - k_3 \operatorname{[PP]} = 0$

stąd:

$\operatorname{[PP]} = \frac{k_1 \operatorname{[S]}}{k_2 + k_3}$

Podstawiając powyższe wyrażenie do równania opisującego szybkość reakcji:

$v = k_3 \operatorname{[PP]}$

otrzymuje się wzór:

$v = \frac{k_1 k_3 \operatorname{[S]}}{k_2 + k_3}$

w którym występuje tylko stężenie substratu, a nie występuje trudne (lub niemożliwe) do praktycznego zmierzenia stężenie produktu przejściowego.

Bibliografia

• Richard A. Y. Jones: Fizyczna chemia organiczna. Mechanizmy reakcji organicznych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1988, s. 27-30. ISBN 83-01-07723-9.
• Teoria stanu stacjonarnego. W: Louis P. Hammett: Fizyczna chemia organiczna. Szybkości, równowagi i mechanizmy reakcji. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1976, s. 101-142.
• Steady state (stationary state) (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: Steady state (stationary state) (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. doi:10.1351/goldbook.S05962