תגובות מרובות שלבים

תגובה כימית מיוצגת לעתים קרובות על ידי משוואה כימית מאוזנת הכוללת המציינת את המגיבים והתוצרים.

עם זאת, התגובה בפועל היא לעתים קרובות מורכבת יותר ומתרחשת במספר שלבים. לדוגמה, תגובה זו של תחמוצת החנקן עם מימן היוצר גז חנקן ומים מתרחשת בשלושה שלבים נפרדים ועוקבים. שלבים אלה נקראים מנגנון התגובה.

כל שלב במנגנון התגובה נקרא תגובה יסודית ומייצג את האינטראקציה, כגון שבירת קשר או היווצרותו, בין המינים המגיבים.

מולקולות ספציפיות, כמו דו-תחמוצת הדיניטרוגן ותחמוצת החנקן, נוצרות במהלך שלב יסודי אחד ונאכלות במהלך שלב אחר. מינים כאלה נקראים מתווכי תגובה.

מתווכי תגובה אינם זהים למצבי מעבר, הקיימים רק במהלך טרנספורמציה של מגיבים למוצרים.

מנגנוני התגובה משערים בהתבסס על המשוואות הכימיות המאוזנות שלהם, וחוקי קצב שנקבעו בניסוי של כל צעד יסודי.

לכל שלב יש קצב תגובה מסוים, קבוע קצב ואנרגיית שפעול. השלב האיטי ביותר נקרא שלב קביעת הקצב והוא משפיע על קצב התגובה נטו. ניתן להשתמש בו כדי לאמת את חוק התעריף עבור התגובה הכוללת וכדי לאמת מנגנון תגובה מוצע.

שקול את הפירוק של תחמוצת החנקן לחנקן וחמצן. חוק הקצב שנקבע בניסוי אינו תואם את ביטוי הקצב של תגובה חד-שלבית, אשר מאוששת על ידי נוכחות נצפית של אטומי חמצן – תגובת ביניים.

לפיכך, מוצע מנגנון תגובה שבו כל השלבים מצטברים כדי לתת את התגובה הכוללת.

ראשית, קבועי הקצב מצביעים על כך שהצעד הראשון הוא שלב הגבלת הקצב. הוא האיטי ביותר, ולכן משפיע על קצב התגובה הכולל. חוק התעריפים המוצע מצעד זה יכול להיקבע כשווה לחוק התעריפים הכולל.

חוק קצב מוצע זה, הנגזר ישירות מהריכוז המולקולרי של המגיב האלמנטרי, תואם את חוק קצב הניסוי ומאמת את מנגנון התגובה החזוי.

טקסט זה עובד מתוך Openstax, Chemistry 2e, 12.6: Reaction Mechanisms.