Химия — наука не только эксперимен­тальная, но и теоретическая. Можно ли теоретически рассчитать скорость ре­акции и предсказать скорости новых, ещё неизвестных реакций?

Константа скорости химической реакции быстро возрастает с повышением температуры.

Энергия частицы, участвующей в химической реакции, меняется подобно тому, как это происходит у шара для гольфа, катящегося по неровной поверхности игрового поля и попадающего в лунку. Своеобразной энергетической «лункой» для частицы является образование устойчивого продукта реакции.

Контурная карта поверхности потенциальной энергии для реакции
X+YZ®XY+Z.

Энергетическая кривая, показывающая изменение энергии ядер в ходе химической реакции. 

Ни один из химических процессов не протекает мгновенно. В любом случае между реагентами и продукта­ми существует некое промежуточ­ное образование — так называемое переходное состояние, или переход­ный (активированный) комплекс, в котором некоторые связи ослаблены или усилены по сравнению с реаген­тами. Можно считать, что переходное состояние — это конфигурация ато­мов, соответствующая переходу от исходных веществ к продуктам в эле­ментарной реакции. А можно выра­зиться ещё проще: переходное состо­яние — это уже не реагенты, но ещё не продукты.

В простейшей модели химиче­ской реакции атомные ядра представ­ляют твёрдыми шариками, которые движутся по законам классической механики. Химики, изучая «шаг за шагом» сближение и взаимодействие молекул, могут изобразить на бума­ге или воссоздать на экране компью­тера некую особую поверхность, называемую поверхностью потенци­альной энергии, которая отражает зависимость общей энергии взаи­модействия всех ядер и электронов химической системы от всех межъ­ядерных расстояний. Минимумы на поверхности соответствуют устой­чивым состояниям реагентов и про­дуктов реакции, а область вблизи максимума (точки перевала) — пере­ходному состоянию. Разность между максимумом и энергией исходных веществ — это энергия активации прямой реакции. Разность между ма­ксимумом и энергией продуктов —

энергия активации обратной реак­ции. Разность между энергиями ис­ходных веществ и продуктов равна тепловому эффекту реакции.

Поверхности потенциальной энергии обычно многомерны, т. е. за­висят от многих переменных, поэто­му их трудно представить наглядно. Исключение — случай линейного столкновения атома и двухатомной молекулы:

X+YZ®XY+Z,

когда энергия зависит только от двух межъядерных расстояний: X—Y и Y—Z. Для такой реакции поверхность потенциальной энергии имеет доста­точно простой вид. Дня химической кинетики важна не вся энергетическая поверхность, а лишь небольшой её участок вблизи наиболее вероятной траектории изменения энергии ядер. Эту траекторию называют координа­той химической реакции.