Réactions en plusieurs étapes

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 l’hydrogène, formant de l’azote gazeux et de l’eau, se déroule en trois étapes distinctes et successives. Ces étapes sont appelées mécanisme de réaction.

Chaque étape du mécanisme réactionnel est appelée réaction élémentaire et représente l’interaction, telle que la rupture ou la formation d’une liaison, entre les espèces réactives.

Des molécules spécifiques, comme le dioxyde de diazote et le protoxyde d’azote, se forment au cours d’une étape élémentaire et sont consommées au cours d’une autre. Ces espèces sont appelées intermédiaires de réaction.

Les intermédiaires de réaction ne sont pas les mêmes que les états de transition, qui n’existent que lors de la transformation des réactifs en produits.

Les mécanismes de réaction sont supposés sur la base de leurs équations chimiques équilibrées et des lois de vitesse déterminées expérimentalement de chaque étape élémentaire.

Chaque étape a une vitesse de réaction, une constante de vitesse et une énergie d’activation spécifiques. L’étape la plus lente est appelée étape de détermination de la vitesse et influence la vitesse de réaction nette. Il peut être utilisé pour vérifier la loi de vitesse de la réaction globale et pour valider un mécanisme de réaction proposé.

Considérez la décomposition du protoxyde d’azote en azote et en oxygène. La loi de vitesse déterminée expérimentalement ne correspond pas à l’expression de la vitesse d’une réaction en une seule étape, qui est corroborée par la présence observée d’atomes d’oxygène – une réaction intermédiaire.

Par conséquent, un mécanisme de réaction est proposé où toutes les étapes s’additionnent pour donner la réaction globale.

Tout d’abord, les constantes de vitesse indiquent que la première étape est l’étape de limitation de débit. C’est le plus lent et influence donc la vitesse de réaction globale. Une loi de taux proposée à partir de cette étape peut être égale à la loi de taux globale.

Cette loi de vitesse proposée, directement dérivée de la concentration moléculaire du réactif élémentaire, correspond à la loi de vitesse expérimentale et vérifie le mécanisme de réaction prédit.

Ce texte est adapté de Openstax, Chemistry 2e, 12.6 : Reaction Mechanisms.