Mécanismes de réaction

Une réaction chimique est souvent représentée par une équation chimique globale équilibrée indiquant les réactifs et les produits. Cependant, la réaction réelle est souvent plus complexe et se déroule en plusieurs étapes. Par exemple, cette réaction de l'oxyde nitrique avec de l'hydrogène formant de l'azote gazeux et de l'eau se déroule en trois étapes distinctes et successives.

Ces étapes sont appelées le mécanisme de réaction. Chaque étape du mécanisme de réaction s'appelle une réaction élémentaire et représente l'interaction, comme la rupture ou la formation d'un lien, entre les espèces réactives. Molécules spécifiques, comme le dioxyde de diazote et le nitreux oxyde, sont formés au cours d'une étape élémentaire et consommés pendant un autre.

Ces espèces sont appelées intermédiaires de réaction. Les intermédiaires de réaction sont des produits à faible consommation d'énergie d'une réaction élémentaire. Ils sont souvent de courte durée, ce qui explique leur absence dans le mélange de produits.

Les intermédiaires de réaction ne sont pas les mêmes sous forme de complexes activés. Les complexes activés sont des états de transition à haute énergie existant uniquement lors de la transformation des réactifs aux produits. La combinaison des étapes élémentaires donne l'équation pour la réaction chimique globale.

Ici, les intermédiaires de réaction sont éliminés et donc n'apparaissent dans l'équation chimique globale. Les différentes réactions élémentaires peut progresser à des vitesses variables. L'étape élémentaire la plus lente détermine le taux de réaction globale.

Ici, la réaction du dioxyde de diazote avec l'hydrogène gazeux est l'étape limitant le débit. Les réactions élémentaires peuvent être généralement caractérisées en trois types, en fonction du nombre de molécules réactives ou de la molécularité. Dans une réaction unimoléculaire, une seule molécule de réactif se transforme en un ou plusieurs produits.

Dans une réaction bimoléculaire, deux molécules distinctes réagissent. Une réaction termoléculaire, bien que très rare, implique trois molécules individuelles réagissant pour donner des intermédiaires ou des produits. Contrairement à la loi de vitesse pour une réaction chimique globale, qui est déterminée expérimentalement, la lois de vitesse pour les réactions élémentaires peuvent être prévus à partir des coefficients stœchiométriques de leurs réactifs.

En bref, la molécularité d'une réaction élémentaire correspond à l'ordre de réaction globale de l'étape élémentaire. Par conséquent, les réactions unimoléculaires sont souvent réactions du premier ordre, les réactions bimoléculaires sont des réactions de second ordre et termoléculaires sont du troisième ordre. Une compréhension des mécanismes de réaction et de la cinétique aide les chimistes à identifier et à optimiser les réactions chimiques.