Reacciones de varios pasos

Una reacción química a menudo se representa mediante una ecuación química general equilibrada que indica los reactivos y productos.

Sin embargo, la reacción real suele ser más compleja y se produce en varios pasos. Por ejemplo, esta reacción del óxido nítrico con el hidrógeno formando nitrógeno, gas y agua tiene lugar en tres etapas distintas y sucesivas. Estos pasos se denominan mecanismo de reacción.

Cada paso en el mecanismo de reacción se denomina reacción elemental y representa la interacción, como la ruptura o formación de enlaces, entre las especies que reaccionan.

Moléculas específicas, como el dióxido de nitrógeno y el óxido nitroso, se forman durante un paso elemental y se consumen durante otro. Tales especies se denominan intermediarios de reacción.

Los intermedios de reacción no son lo mismo que los estados de transición, que existen solo durante la transformación de los reactivos en productos.

Los mecanismos de reacción se hipotetizan sobre la base de sus ecuaciones químicas equilibradas y leyes de velocidad determinadas experimentalmente de cada paso elemental.

Cada paso tiene una velocidad de reacción, una constante de velocidad y una energía de activación específicas. El paso más lento se denomina paso de determinación de la velocidad e influye en la velocidad de reacción neta. Se puede utilizar para verificar la ley de velocidad de la reacción general y para validar un mecanismo de reacción propuesto.

Considere la descomposición del óxido nitroso en nitrógeno y oxígeno. La ley de velocidad determinada experimentalmente no corresponde a la expresión de velocidad de una reacción de un solo paso, que se corrobora por la presencia observada de átomos de oxígeno, un intermediario de reacción.

Por lo tanto, se propone un mecanismo de reacción en el que todos los pasos se acumulan para dar la reacción general.

En primer lugar, las constantes de velocidad indican que el primer paso es el paso de limitación de velocidad. Es el más lento y, por lo tanto, influye en la velocidad de reacción general. Una ley de tasas propuesta a partir de este paso puede establecerse igual a la ley de tasas general.

Esta ley de velocidad propuesta, derivada directamente de la concentración molecular del reactivo elemental, coincide con la ley de velocidad experimental y verifica el mecanismo de reacción predicho.

Este texto es una adaptación de Openstax, Chemistry 2e, 12.6: Reaction Mechanisms.