Future perspectives in physical chemistry the prediction of Chemical reactivity

Hydrocarbon Research Institute and the Department of Chemistry, University of Southern California, Los Angeles, California 90007.

Abstract

The science of Physical Chemistry centers about the goal of understanding within a theoretical framework the physical properties and chemical transformations of matter. This in turn implies an ultimate ability to predict these phenomena quantitatively. The subject of the present paper will be an examination of our current progress in the areas of thermochemistry and chemical kinetics and the prospect for further advances in both of these areas in the near future.

In this area of thermo chemistry, a successful theory must be able to predict the equilibrium constant K for any given stoichiometric reaction under any specific conditions (temperature, pressure, solvent, external fields, etc.). This is also the maximum information that a theory can provide in this area of equilibrium chemical behavior. It is the simpler of the two areas and appreciable progress has been made in achieving the desired goal. The important parameters in thermo chemistry can be reduced to entropy, heat of formation, heat capacity and intermolecular forces.

In the area of chemical transformations, kinetics, the element of time enters, but formally one can make an analogy with the field of thermo chemistry in describing "equilibrium" elementary reactions by a thermal rate constant k, which is similar in theoretical structure to the equilibrium constant of thermo chemistry. This restricted but large area of kinetics has also seen major progress towards its goals.

The important parameters in equilibrium kinetics can be shown to be reducible to entropy, heat of formation and heat capacity of a transition state and the intermolecular forces which this species may experience with other molecules. A non-thermo- dynamic question exists, identifiable with what is called "mechanism", the identification of all chemically significant transition states for any given elementary reaction.

The area of non-equilibrium kinetics is the most active field "I terms of current research. It is less well understood than the equilibrium field but is an area in which much basic understands exists.

Résumé

La chimie physique a pour objectif central la compréhension dans un cadre théorique, des propriétés physiques et des transformations chimiques de la matière. Ceci implique finalement la possibilité de prédire quantitativement ces phénomènes. Le présent texte examine les progrès actuels de la thermochimie et de la cinétique chimique, et les perspectives prochaines de progrès ultérieurs dans ces deux domaines.

Pour la thermochimie une théorie satisfaisante doit pouvoir prédire la constante d’équilibre K de toute réaction stochiométrique quelles que soient ses conditions spécifiques : température, pression, solvant, champs extérieurs, etc. C’est là également l’information maximale qu’une théorie peut apporter dans ce domaine du comportement chimique à l’équilibre. C' est là le plus simple des deux domaines étudiés et des connaissances appréciables ont déjà été acquises dans cette direction Les paramètres importants de la thermochimie peuple être ramenés à l’entropie, la chaleur de formation, la capacité calorifique et les forces intermoléculaires.

Dans le domaine des transformations chimiques, et de la cinétique il entre un élément de temps, mais on peut faire une analogie formelle avec la thermochimie en décrivant les réactions élémentaires "à l'équilibre" par une constante de vitesse thermique k, dont la structure théorique est similaire à celle de la constante d'équilibre thermochimique. Des progrès importants ont été accomplis dans ce domaine limité mais vaste de la cinétique.

On peut montrer que les paramètres importants des cinétiques d'équilibre peuvent être réduits à l'entropie, la chaleur de formation et la capacité calorifique d'un état de transition et aux forces intermoléculaires qui peuvent s’exercer entre l'espèce considérée et d'autres molécules. Il se pose une question non thermodynamique, assimilable à ce qu'on appelle "mécanismes" qui est l'identification de tous les états de transition chimiquement significatifs, pour toute réaction élémentaire.

Dans la recherche actuelle le domaine le plus actif est celui de la cinétique du non-équilibre. Il est moins bien compris que le domaine de l'équilibre mais c'est un domaine pour lequel nous possédons de nombreuses connaissances de base.