Mecanismos de Reação

Uma reação química é frequentemente representada por uma equação química global equilibrada que indica os reagentes e os produtos. Contudo, a reação atual é frequentemente mais complexa e revela múltiplas etapas. Por exemplo, esta reação do óxido nítrico com o hidrogénio que forma gás de nitrogénio e água ocorre em três etapas distintas e sucessivas.

Estas etapas são chamadas de mecanismo de reação. Cada etapa no mecanismo de reação é chamada de reação elementar e representa a interação, como a quebra ou formação de ligações, entre as espécies reagentes. Moléculas específicas, como o dióxido de dinitrogênio e o óxido nitroso, são formados durante uma etapa elementar e consumidos durante outra.

Essas espécies são chamadas de intermediários de reação. Os intermediários de reação são produtos de baixo consumo energético de uma reação elementar. São frequentemente de curta duração, o que explica a sua ausência na mistura do produto.

Intermediários de reação não é o mesmo que complexos ativados. Os complexos ativados são estados de transição de elevado consumo energético existentes apenas durante a transformação dos reagentes em produtos. Combinando as etapas elementares dá origem à equação para o conjunto da reação química.

Aqui, os intermediários de reação são eliminados e, portanto, não aparecem no conjunto da equação química. As diferentes reações elementares podem progredir a diferentes velocidades. O passo elementar mais lento determina a taxa de reação global.

Aqui, a reação do dióxido de dinitrogênio com o gás de hidrogénio é a etapa limitadora da taxa. As reações elementares podem ser comummente caracterizadas de três tipos, dependendo do número de moléculas reagentes ou molecularidade. Numa reação unimolecular, uma única molécula reagente transforma-se em um ou mais produtos.

Numa reação bimolecular, duas moléculas distintas reagem. Uma reação termolecular, embora muito rara, envolve três moléculas individuais que reagem a produtos ou intermediários de rendimento. Ao contrário da lei de taxas para uma reação química global, que é determinada de forma experimental, as leis de taxas para reações elementares podem ser previstas a partir dos coeficientes estequiométricos dos seus reagentes.

Em suma, a molecularidade de uma reação elementar corresponde à ordem da reação global da etapa elementar. Assim, as reações unimoleculares são frequentemente reações de primeira ordem, as reações bimoleculares são de segunda ordem, e as reações termoleculares são de terceira ordem. Uma compreensão dos mecanismos de reação e cinética ajuda os químicos a identificar e otimizar reações químicas.