多段階反応

化学反応は、多くの場合、反応物と生成物を示す全体的にバランスの取れた化学方程式で表されます。

しかし、実際の反応はもっと複雑で、複数のステップで起こることが多いです。例えば、この一酸化窒素と水素形成窒素ガスおよび水との反応は、3つの異なる連続したステップで行われます。これらのステップを反応メカニズムと呼びます。

反応メカニズムの各ステップは基本反応と呼ばれ、反応する種間の結合の切断や形成などの相互作用を表します。

二酸化二窒素や亜酸化窒素などの特定の分子は、ある基本ステップで形成され、別のステップで消費されます。このような種は反応中間体と呼ばれます。

反応中間体は、反応物が生成物に変換される間のみ存在する遷移状態と同じではありません。

反応機構は、そのバランスの取れた化学方程式と、各基本ステップの速度法則を実験的に決定して仮定します。

各ステップには、特定の反応速度、速度定数、および活性化エネルギーがあります。最も遅いステップはレート決定ステップと呼ばれ、正味の反応速度に影響を与えます。これは、全体的な反応の速度則を検証し、提案された反応メカニズムを検証するために使用できます。

亜酸化窒素の窒素と酸素への分解を考えてみましょう。実験的に決定された速度則は、酸素原子(反応中間体)の観察された存在によって裏付けられるシングルステップ反応の速度発現に対応していません。

したがって、すべてのステップが累積されて全体的な反応を与える反応メカニズムが提案されます。

まず、レート定数は、最初のステップがレート制限ステップであることを示します。これは最も遅いため、全体的な反応速度に影響を与えます。このステップから提案されるレート法は、全体的なレート法と同等に設定できます。

この提案された速度則は、素反応物の分子濃度から直接導出され、実験速度法則と一致し、予測された反応メカニズムを検証します。

このテキストは、Openstax, Chemistry 2e, 12.6: Reaction Mechanismsから引用しています。