Mechanizm reakcji

W chemii , A mechanizm reakcji jest sekwencja etapów, z reakcji elementarnych , w których zmiana chemiczna zachodzi.

Chociaż w przypadku większości reakcji można bezpośrednio obserwować tylko ogólną równowagę (przemiana reagentów w produkty ), eksperymenty pozwalają określić możliwą sekwencję etapów powiązanego mechanizmu reakcji.

Opis

Mechanizm reakcji opisuje szczegółowo, co dokładnie dzieje się na każdym etapie transformacji chemicznej. Opisuje każdy reakcji przejścia i stan pośredni , który wiązania są rozkładane w jakiej kolejności, która wiązania zostały uformowane w jakiej kolejności, jak również prędkość względna każdego kroku. Pełny mechanizm reakcji zapewnia również ilość zużytego każdego odczynnika i każdego wytworzonego produktu. Opisuje możliwych katalizatorów i stereochemię tych związków chemicznych związanych . Na kolejność reakcji , w odniesieniu do każdego z reagentów powinny również zostać wskazana.

W rzeczywistości jednoetapowa reakcja często składa się z kilku podetapów. Półprodukty to często niestabilne cząsteczki, wolne rodniki lub jony. Stany przejściowe odpowiadają maksimom na współrzędnej reakcji i punktom siodłowym na powierzchni energii potencjalnej reakcji.

Reprezentacja

Ruch elektronów

Oprócz topologicznej reprezentacji cząsteczek biorących udział w reakcji, strzałki wskazują ruch (rzeczywisty lub teoretyczny) elektronów podczas reakcji.

• Pojedyncza strzałka (⟶) wskazuje na ruch dwóch elektronów.
• Pół strzałka (⇀) wskazuje przepływ pojedynczego elektronu.

Strzałki transformacji

Kiedy jedna lub więcej cząsteczek przekształca się w inną cząsteczkę, charakter strzałki wskazuje rodzaj transformacji:

• ⟷ to mezomeryczna strzała . To nie jest reakcja chemiczna ani równowaga.
• ⇌ to strzałka przedstawiająca równowagę między cząsteczkami po lewej i po prawej stronie strzałki
• ⟶ reprezentuje nieodwracalną przemianę chemiczną (w przeciwieństwie do równowagi).

Kinetyka chemiczna

Informacji o mechanizmie reakcji często dostarcza badanie kinetyki chemicznej w celu ustalenia prawa szybkości i kolejności reakcji w odniesieniu do każdego reagenta.

Rozważmy na przykład następującą reakcję:

CO + NO 2 → CO 2 + NO

Zostało doświadczalnie wykazano, że kinetyka tej reakcji jest prawu wynosi: . Ta forma sugeruje, że kinetycznie determinującym etapem jest reakcja między dwiema cząsteczkami NO 2 , a możliwy mechanizm zgodny z prawem szybkości byłby następujący: v=k[NIEO2]2{\ displaystyle v = k [NIE_ {2}] ^ {2}}

2 NO 2 → NO 3 + NO (wolno)
NO 3 + CO → NO 2 + CO 2 (szybko)

Każdy krok nazywany jest „krokiem elementarnym” i każdy ma swoje własne prawo szybkości i molekularności. Ogólna reakcja to połączenie tych etapów. Przy określaniu ogólnej kinetyki reakcji najwolniejszym etapem jest ten, który określa szybkość reakcji. Tutaj pierwszy krok jest najwolniejszy, więc określa się go kinetycznie. Ponieważ jest to zderzenie dwóch cząsteczek NO 2 , reakcja jest dwucząsteczkowych , z prawem stopy, co jest napisane tak: . Jeśli dodamy dwa kroki, znajdziemy ogólną reakcję. v=k[NIEO2]2{\ displaystyle v = k [NIE_ {2}] ^ {2}}

Inne reakcje mogą mieć mechanizmy kilku następujących po sobie etapów, z możliwością reakcji rearanżacji jako etapu. W chemii organicznej jeden z pierwszych mechanizmów reakcji został opracowany w 1903 roku przez AJ Lapwortha dla kondensacji benzoiny.

Istnieją również bardziej złożone mechanizmy, takie jak reakcje łańcuchowe , obejmujące etapy propagacji łańcucha zamkniętego.

Modelowanie

Aby zbudować satysfakcjonujący model predykcyjny, konieczne jest posiadanie prawidłowego mechanizmu reakcji. Jednak w przypadku wielu procesów spalania lub wielu układów występujących w postaci plazmy szczegółowe mechanizmy nie są znane. A nawet jeśli nie, identyfikacja i zestawienie danych z różnych i czasami sprzecznych źródeł, ekstrapolacja na różne warunki itp. Może być trudne bez pomocy eksperta. Stałe szybkości i dane termochemiczne często nie są dostępne w literaturze, co powoduje, że w celu teoretycznego uzyskania pewnych parametrów konieczne jest zastosowanie wspomaganych komputerowo technik chemicznych.

Molekularność

Cząsteczkowość chemia jest liczba jednostek molekularnych w pojedynczym etapie reakcji. O reakcji, w której zaangażowana jest pojedyncza jednostka, mówi się, że jest „unimolekularna”, jest „dwucząsteczkowa” w przypadku dwóch jednostek i „termolekularna” w przypadku trzech jednostek.

Zobacz też

Reakcje organiczne według mechanizmu

Bibliografia

• (fr) Ten artykuł jest częściowo lub w całości zaczerpnięty z artykułu w angielskiej Wikipedii zatytułowanego „  Mechanizm reakcji  ” ( zobacz listę autorów ) .

1. March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ( ISBN  0-471-85472-7 )
2. (w) Espenson, James H.Chemical Kinetics and Reaction Mechanism (wyd. 2, McGraw-Hill, 2002) rozdz. 6, Deduction of Reaction Mechanism ( ISBN  0-07-288362-6 )