Meccanismi di reazione

Una reazione chimica è spesso rappresentata da un'equazione chimica bilanciata globale, che indica i reagenti e i prodotti. Tuttavia, la reazione effettiva è spesso più complessa, e si manifesta in più fasi. Per esempio, questa reazione dell'ossido nitrico con idrogeno, che forma azoto gassoso e acqua, avviene in tre distinte fasi successive.

Questi passaggi sono definiti nel meccanismo di reazione. Ogni fase del meccanismo di reazione è detta reazione elementare"e rappresenta l'interazione, come la rottura, o la formazione, del legame fra le specie che reagiscono. Molecole specifiche, come il biossido di diazoto e il protossido di azoto, si formano durante una fase elementare e si consumano durante un'altra.

Tali specie sono dette intermedi di reazione. Gli intermedi di reazione sono prodotti a bassa energia di una reazione elementare. Sono spesso di breve durata, il che spiega la loro assenza nella miscela di prodotti.

Gli intermedi di reazione non sono i medesimi dei complessi attivati. I complessi attivati sono stati di transizione ad alta energia, esistenti solo durante la trasformazione dei reagenti in prodotti. La combinazione dei passaggi elementari fornisce l'equazione per la complessiva reazione chimica.

Qui, gli intermedi di reazione vengono eliminati, e pertanto non compaiono nell'equazione chimica complessiva. Le diverse reazioni elementari possono progredire a velocità variabili. La fase elementare più lenta determina la velocità di reazione complessiva.

In questo caso, la reazione del biossido di diazoto con l'idrogeno gassoso è la fase limitante la velocità. Le reazioni elementari possono venire comunemente distinte in tre tipi, a seconda del numero di molecole che reagiscono, o della molecolarità. In una reazione unimolecolare, una singola molecola reagente si trasforma in uno o più prodotti.

In una reazione bimolecolare, reagiscono due molecole distinte. Una reazione termolecolare, benché alquanto rara, coinvolge tre molecole individuali, le quali reagiscono per produrre intermedi o prodotti. A differenza della legge di velocità per una reazione chimica complessiva, che è determinata sperimentalmente, le leggi di velocità per le reazioni elementari possono essere previste dai coefficienti stechiometrici dei loro reagenti.

In breve, la molecolarità di una reazione elementare corrisponde all'ordine di reazione globale del passaggio elementare. Pertanto, quelle unimolecolari sono spesso reazioni del primo ordine, le reazioni bimolecolari sono del secondo ordine, e le reazioni termolecolari sono del terzo ordine. La comprensione dei meccanismi di reazione e della cinetica aiuta i chimici a identificare ed ottimizzare le reazioni chimiche.