Reações em Múltiplas Etapas

Uma reação química é frequentemente representada por uma equação química balanceada geral indicando os reagentes e produtos.

No entanto, a reação real costuma ser mais complexa e ocorre em várias etapas. Por exemplo, essa reação do óxido nítrico com o hidrogênio formando gás nitrogênio e água ocorre em três etapas distintas e sucessivas. Essas etapas são chamadas de mecanismo de reação.

Cada etapa do mecanismo de reação é chamada de reação elementar e representa a interação, como quebra ou formação de ligação, entre as espécies reagentes.

Moléculas específicas, como dióxido de dinitrogênio e óxido nitroso, são formadas durante uma etapa elementar e consumidas durante outra. Essas espécies são chamadas de intermediários de reação.

Os intermediários de reação não são o mesmo que os estados de transição, que existem apenas durante a transformação de reagentes em produtos.

Os mecanismos de reação são hipotetizados com base em suas equações químicas balanceadas e leis de taxa determinadas experimentalmente de cada etapa elementar.

Cada etapa tem uma taxa de reação específica, constante de taxa e energia de ativação. A etapa mais lenta é chamada de etapa de determinação da taxa e influencia a taxa de reação líquida. Ele pode ser usado para verificar a lei de taxa para a reação geral e para validar um mecanismo de reação proposto.

Considere a decomposição do óxido nitroso em nitrogênio e oxigênio. A lei de velocidade determinada experimentalmente não corresponde à expressão de taxa de uma reação de etapa única, que é corroborada pela presença observada de átomos de oxigênio - uma reação intermediária.

Assim, um mecanismo de reação é proposto onde todas as etapas se acumulam para dar a reação geral.

Primeiro, as constantes de taxa indicam que a primeira etapa é a etapa de limitação de taxa. É o mais lento e, portanto, influencia a taxa geral de reação. Uma lei de taxa proposta a partir desta etapa pode ser definida como igual à lei de taxa geral.

Esta lei de taxa proposta, derivada diretamente da concentração molecular do reagente elementar, corresponde à lei de taxa experimental e verifica o mecanismo de reação previsto.

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, 12.6: Reaction Mechanisms.