מנגנוני תגובה

תגובה כימית בדרך כלל מיוצגת על ידי משוואה כימית מאוזנת כוללת, המציגה את המגיבים ואת התוצרים. יחד עם זאת, לעיתים קרובות התגובה הממשית הינה מורכבת יותר ומתרחשת במספר שלבים. לדוגמה, התגובה הכימית בין חנקן חמצני לבין מימן, בה נוצרים גז חנקן ומים, מתרחשת בשלושה שלבים עוקבים ומובחנים.

שלבים אלה קרויים מנגנון התגובה. כל שלב במנגנון התגובה נקרא תגובה אלמנטרית ומייצג את האינטראקציה, כגון פירוק של קשר או היווצרותו, בין הצורונים המגיבים. מולקולות ספציפיות, כגון דו חנקן דו חמצני או חמצן דו חנקני, נוצרות בשלב אלמנטרי אחד ונצרכות בשלב אחר.

צורונים אלה נקראים חומרי ביניים. חומרי ביניים הם תוצרים בעלי אנרגיה נמוכה של תגובה אלמנטרית. בדרך כלל הם מתפרקים מהר, מה שמסביר את העדרם בתערובת התוצר.

חומרי ביניים של תגובה שונים ממצבי מעבר. קומפלקסי שפעול הם מצבי מעבר בעלי אנרגיה גבוהה המתקיימים רק בתהליך שינוי המגיבים לתוצרים. סכמת השלבים האלמנטריים יוצרת את המשוואה של התגובה הכימית הכוללת.

כאן נראה כי תוצרי הביניים מבוטלים ולכן לא נראים במשוואה הכימית הכוללת. התגובות האלמנטריות השונות עשויות להתקדם במהירויות משתנות. השלב האלמנטרי האיטי ביותר קובע את קצב התגובה הכולל.

כאן התגובה בין חמצן דו חנקתי לבין גז המימן היא השלב המגביל את קצב התגובה. בהכללה, תגובות אלמנטריות נחלקות לשלושה סוגים, בהתאם למספר המולקולות המגיבות, או המולקולריות. בתגובה חד-מולקולרית, מולקולה אחת מגיבה הופכת לתוצר אחד או יותר.

בתגובה דו מולקולרית, שתי מולקולות מגיבות. בתגובה תלת מולקולרית, מצב נדיר ביותר, מעורבות שלוש מולקולות נפרדות ש מגיבות ליצירת תוצרי ביניים או תוצרים. בשונה ממשוואת קצב לתגובה כימית כוללת, הנקבעת על באופן נסיוני, משוואות קצב לתגובות אלמנטריות ניתנות לחיזוי על בסיס המקדמים סטויכומטריים של המגיבים.

בקצרה, המולקולריות של תגובה אלמנטרית תואמת את סדר התגובה הכולל של השלב האלמנטרי. מכאן שתגובות חד מולקולריות הן לעיתים קרובות תגובות מסדר ראשון, תגובות דו מולקולריות הן תגובות מסדר שני, ותגובות תלת מולקולריות הן תגובות מסדר שלישי. הבנה של מנגנוני התגובה והקינטיקה שלהם עוזרת לכימאים בזיהוי וטיוב תגובות כימיות.