Reazioni a più fasi

Una reazione chimica è spesso rappresentata da un'equazione chimica complessivamente bilanciata che indica i reagenti e i prodotti.

Tuttavia, la reazione vera e propria è spesso più complessa e si svolge in più fasi. Ad esempio, questa reazione dell'ossido nitrico con l'idrogeno che forma azoto gassoso e acqua avviene in tre fasi distinte e successive. Questi passaggi sono chiamati meccanismo di reazione.

Ogni fase del meccanismo di reazione è chiamata reazione elementare e rappresenta l'interazione, come la rottura o la formazione di legami, tra le specie reagenti.

Molecole specifiche, come il biossido di diazoto e il protossido di azoto, si formano durante un passaggio elementare e vengono consumate durante un altro. Tali specie sono chiamate intermedi di reazione.

Gli intermedi di reazione non sono gli stessi degli stati di transizione, che esistono solo durante la trasformazione dei reagenti in prodotti.

I meccanismi di reazione sono ipotizzati in base alle loro equazioni chimiche bilanciate e alle leggi di velocità determinate sperimentalmente di ogni passo elementare.

Ogni fase ha una velocità di reazione, una costante di velocità e un'energia di attivazione specifiche. La fase più lenta è chiamata fase che determina la velocità e influenza la velocità di reazione netta. Può essere utilizzato per verificare la legge di velocità per la reazione complessiva e per convalidare un meccanismo di reazione proposto.

Si consideri la decomposizione del protossido di azoto in azoto e ossigeno. La legge della velocità determinata sperimentalmente non corrisponde all'espressione della velocità di una reazione a passo singolo, che è corroborata dalla presenza osservata di atomi di ossigeno, un intermedio di reazione.

Quindi, viene proposto un meccanismo di reazione in cui tutti i passaggi si accumulano per dare la reazione complessiva.

Innanzitutto, le costanti di velocità indicano che il primo passaggio è il passaggio di limitazione della velocità. È il più lento e quindi influenza la velocità di reazione complessiva. Una legge tariffaria proposta a partire da questa fase può essere impostata uguale alla legge tariffaria complessiva.

Questa legge di velocità proposta, derivata direttamente dalla concentrazione molecolare del reagente elementare, corrisponde alla legge di velocità sperimentale e verifica il meccanismo di reazione previsto.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, 12.6: Meccanismi di reazione.