آليات التفاعل

يُعبّر عن التفاعل الكيميائي،غالبًا،بمعادلة كيميائية متوازنة تُبيّن المواد المتفاعلة والنواتج. غير أن التفاعل الحقيقي،غالبًا ما يكون أكثر تعقيدًا ويمرّبخطوات عديدة. على سبيل المثال،هذا التفاعل بين أكسيد النيتروجين وبين الهيدروجين لتكوين غاز النيتروجين والماء يمرّبثلاث خطوات واضحة ومتعاقبة.

هذه الخطوات تُسمى آلية التفاعل. كل خطوة في آلية التفاعل،تُسمى تفاعلًا أوليًا وتمثل التفاعل،مثل تحطيم الروابط أو تشكيلها،فيما بين الأصناف المتفاعلة. جزيئات معينة،كثاني أكسيد ثنائي النيتروجين وأكسيد النيتروز،تتشكل أثناء إحدى الخطوات الأولية وتُستهلك أثناء خطوة أولية أخرى.

مثل هذه الأصناف تُسمى مركبات التفاعل الوسطية. المركبات الوسطية نواتج ذات طاقة متدنية تنتج عن تفاعل أولي. وغالبًا ما تكون حياتها قصيرة مما يفسر غيابها في الخليط الناتج.

مركبات التفاعل الوسطية تختلف عن المعقدات المنَشّطة. المعقدات المنشّطة حالات انتقال ذات طاقة عالية،تتواجد فقط أثناء تحوّل المواد المتفاعلة إلى نواتج. دمج الخطوات الأولية يعطينا المعادلة للتفاعل الكيميائي الكلي.

هنا جرى حذف المركبات الوسطية وبالتالي لا تظهر في المعادلة الكيميائية النهائية. قد تسير التفاعلات الأولية بسرعات متفاوتة. الخطوة الأولية الأبطأ هي التي تحدد معدل التفاعل الكلي.

هنا تفاعل ثاني أكسيد ثنائي النيتروجين،مع غاز الهيدروجين،هو الخطوة التي تحد من معدل التفاعل. يمكن تصنيف التفاعلات الأولية عمومًا في ثلاثة أصناف،بناءًعلى عدد الجزيئات المتفاعلة المُسمى جزيئية. في تفاعل أحادي الجزيء،يتحول جزيء مادة متفاعلة واحد إلى ناتج أو أكثر.

وفي تفاعل ثنائي الجزيء،يتفاعل جزيئان منفصلان. وفي التفاعلات ثلاثية الجزيء،وهي نادرة جدًا،تتفاعل ثلاثة جزيئات منفصلة لتعطي مركبات متوسطة أو نواتج. خلافًا لقانون معدل التفاعل الكيميائي الكلي،الذي يُحدد تجريبيًا،يمكن التنبؤ بقوانين معدلات التفاعلات الأولية،من خلال مُعاملات القياس المتكافئ للمواد المتفاعلة.

باختصار،جزيئية تفاعل أولي ما تطابق الترتيب الكلي لخطوات التفاعلات الأولية. وعليه فإن التفاعلات أحادية الجزيء غالبًا ما تكون الأولى في الترتيب،وتأتي التفاعلات ثنائية الجزيء في الترتيب الثاني،وثلاثية الجزيء في الترتيب الثالث. فهم آليات التفاعلات وبياناتها الحركية يساعد الكيميائيين في تحديد و تحسين التفاعلات الكيميائية.