13.10
מרבית התגובות הכימיות מתרחשות במנגנון תגובה הכולל מספר שלבים. אבל כיצד נקבע מנגנון תגובה? מנגנוני תגובה משוערים על בסיס המשוואות הכימיות המאוזנות המתארות אותם וקביעה נסיונית של משוואת הקצב עבור כל שלב אלנמטרי.
לכל שלב קצב תגובה ייחודי, קבוע קצב ואנרגיית שפעול משלו. השלב האיטי ביותר נקרא השלב קובע מהירות והוא משפיע על קצב התגובה הכולל. ניתן להשתמש בו כדי לוודא את משוואת הקצב של התגובה הכוללת וכדי לתקף את מנגנון התגובה המשוער.
נבחן לדוגמה את פירוקו של חמצן דו חנקני לחנקן ולחמצן. משוואת הקצב שהתבררה בניסוי אינו תואמת את הקצב של תגובה חד-שלבית, מה שמאומת במציאתם של אטומי חמצן חומר ביניים בתגובה. לכן משוער מנגנון תגובה בו כל השלבים מצטברים לתגובה הכוללת.
ראשית, קבועי הקצב מראים שהשלב הראשון הוא השלב קובע מהירות. זהו השלב האיטי ביותר, ולכן הוא משפיע על קצב התגובה הכולל. ניתן להניח שמשוואת הקצב שנשער על סמך שלב זה תהיה שווה למשוואת הקצב הכוללת.
משוואת הקצב המוצעת, הנגזרת ישירות מהריכוז המולקולרי של החומר המגיב האלמנטרי, תואמת למשוואת הקצב הנסיונית, ומתקפת את מנגנון התגובה החזוי. יחד עם זאת, תגובות רבות מתחילות בשלב ראשוני מהיר ולאחריו שלב קובע מהירות. כיצד ניתן לשער מנגנוני תגובה במקרים כאלה?
ראו את תהליך היווצרות ניטרוזיל ברומיד. משוואת הקצב הנסיונית היא מסדר שני במקרה של חנקן חמצני ומסדר ראשון במקרה של ברום מולקולרי. השלב הראשון הוא שלב שיווי משקל מהיר, בעל קצבי תגובה קדימה ואחורה זהים, כאשר אחריו יבוא השלב השני, קובע המהירות שמכיל חומרי ביניים.
כתוצאה מכך, משוואת הקצב המוצעת תכלול את חומרי הביניים. מכאן שהשוואה ישירה בין משוואת הקצב המוצעת, המכילה את חומרי הביניים בריכוז לא ידוע למשוואת הקצב הנסיונית, המכילה את vמגיבים הראשוניים, תהיה מסובכת. למרות זאת, אם נניח שהשלב הראשון הוא מאוזן, ניתן להתייחס לריכוז חומרי הביניים כשווה לריכוז המגיבים הראשוניים.
אם נציב את היחס הזה במשוואת הקצב המוצעת ונחבר את קבועי הקצב לקבוע קצב כולל, תיווצר נוסחה התואמת את משוואת הקצב הנסיונית. חיבור בין השלבים האלמנטריים מניב משוואה כוללת מאוזנת העונה על הדרישה השנייה למנגנון תגובה. בכך מנגנון התגובה הדו-שלבי המוצע של ניטרוזיל ברומיד מקבל תוקף.
מקשרים בין מנגנוני תגובה
במנגנון תגובה רב-שלבי, אחד השלבים היסודיים מתקדם לאט משמעותית מהאחרים. השלב האיטי ביותר הזה נקרא השלב המגביל קצב (או שלב קביע…
זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.