Коротко — термодинамическая устойчивость описывает, насколько «выгоден» продукт по энергии (ниже энергия = более устойчив), кинетическая (стабильность) — насколько быстро или медленно он образуется/превращается (высокий барьер = медленная реакция → кинетическая устойчивость). Подробно с формулами и примерами:
1) Что такое термодинамика и как её считывать
- Термическая выгодность продукта определяется изменением стандартной свободной энергии $\Delta G^{\circ }$. При равновесии отношение концентраций даёт константу равновесия
$$K=e^{-\Delta G^{\circ }/(RT)}.$$ - Продукт с более отрицательным $\Delta G^{\circ }$ термодинамически предпочтителен (стабилен).
2) Что такое кинетика и как её считывать
- Скорость образования продукта зависит от активационного барьера. В простом приближении константа скорости подчиняется уравнению Аррениуса
$$k=A{e}^{-E_a/(RT)},$$ или в терминах свободной энергии активации $\Delta G^{‡}$ $$k\propto e^{-\Delta G^{‡}/(RT)}.$$ - Продукт, для образования которого требуется меньшая $\Delta G^{‡}$ (или $E_a$), формируется быстрее — это кинетический продукт. Если барьер к преобразованию в более выгодный продукт велик, кинетический продукт может быть «метастабилен» долгие часы/годы.
3) Взаимосвязь (контроль реакций)
- При «кинетическом контроле» (низкая температура, короткое время, реакция необратима) соотношение продуктов определяется скоростями:
$$\frac{P_1}{P_2}\approx \frac{k_1}{k_2}=\exp (-\frac{\Delta G_1^{‡}-\Delta G_2^{‡}}{RT}).$$ - При «термодинамическом контроле» (высокая температура, длительное время, обратимость) продукты распределяются по равновесию:
$$\frac{P_1}{P_2}=\exp (-\frac{\Delta G_1^{\circ }-\Delta G_2^{\circ }}{RT}).$$ - Curtin–Hammett (коротко): если конформеры/изомеры реагируют быстрее, чем межпревращаются, соотношение продуктов определяется разностью энергий переходных состояний, а не начальными концентрациями:
$$\frac{P_1}{P_2}=\exp (-\frac{\Delta G_1^{‡}-\Delta G_2^{‡}}{RT}).$$
4) Органические примеры
- Enolate (кинетический vs термодинамический энолят): при действии сильного, стерически громоздкого основания (LDA) при низкой температуре образуется кинетический (менее замещённый) энолят — низкий барьер, быстро. При мягком основании и нагревании устанавливается равновесие, дающее более замещённый термодинамический энолят (более стабильный по энергии).
- Конъюгированное присоединение / 1,2- vs 1,4-аддиция: к α,β-ненасыщенному карбонилу 1,2-аддукт часто образуется быстрее (кинетический продукт), тогда как 1,4-аддиция даёт более стабильный (термодинамический) продукт при более мягких условиях/при обратимости. Аналогично прямая vs конъюгированная аддиция в реакциях присоединения HBr к бутадиену: при низкой температуре доминирует 1,2-продукт (кинетика), при высокой — 1,4-продукт (термодинамика).

5) Неорганические примеры
- Аллотропы углерода: при стандартных условиях графит термодинамически стабильнее, чем алмаз ($\Delta G^{\circ }$ для перообразования отрицателен в сторону графита), но превращение алмаза в графит требует огромного активационного барьера, поэтому алмаз кинетически стабилен (медленное превращение).
- Полиморфы оксидов: TiO${}_2$ — фазы анатаз и рутил. Анатаз часто образуется быстрее в осаждении (кинетический продукт) и может преобразовываться при нагреве в более стабильный рутил (термодинамический продукт).
- Осадки и минералы: аморфный карбонат кальция (ACC) и неустойчивые фазы часто сначала образуются быстро (кинетические продукты), затем со временем рекристаллизуются в кальцит — термодинамически стабильную форму.
- Комплексная химия: Cr(III)-комплексы часто кинетически инертны (медленная замена лигандов) независимо от того, насколько они термодинамически стабильны (значение константы образования $\beta$). Таким образом комплекс может быть и термодинамически нестабильным относительно другого комплекса, но оставаться неизменным из‑за высокого барьера обмена.
6) Практические следствия и управление
- Для получения кинетического продукта: низкая температура, сильное/громоздкое основание, короткое время, не допускающая обратимости.
- Для достижения термодинамического продукта: повышение температуры, длительное выдерживание, катализаторы, условия, способствующие обратимости (растворители, добавки).
- Понимание разницы важно для синтеза желаемого продукта, хранения веществ (метастабильные материалы) и материаловедения.
Вывод: термодинамическая устойчивость определяет конечную «выгодность» продукта ($\Delta G^{\circ }$), кинетическая — скорость переходов ($\Delta G^{‡}$ / $E_a$). Разница между ними даёт эффекты кинетического и термодинамического контроля; выбирать условия реакции нужно исходя из того, какой продукт желателен.