Diagramas de energia, estados de transição e intermediários

Os diagramas de energia são usados para representar a mudança de energia para as moléculas envolvidas em uma reação química.

A energia livre é medida ao longo do eixo y e a coordenada da reação é plotada no eixo x.

A coordenada de reação indica o progresso da conversão de reagentes em produtos. Os picos no diagrama de energia representam os estados de transição, enquanto os vales representam os intermediários reativos.

À medida que a reação progride, os reagentes passam por um estado instável de energia livre máxima, chamado complexo ativado ou estado de transição. Eles duram menos de um picossegundo e não podem ser isolados. A capacidade do reagente de atingir um determinado estado de transição depende do valor da energia de ativação.

O símbolo da adaga dupla é usado para descrever estados de transição. Se o estado de transição for fácil de alcançar, a adaga dupla delta-G associada é pequena e a reação é rápida. Ao contrário, se o estado de transição for difícil de alcançar, a adaga dupla delta-G associada é grande e a taxa de reação é lenta.

De acordo com o postulado de Hammond, em um processo exotérmico de etapa única, a estrutura do estado de transição se assemelha muito à dos reagentes, pois o estado de transição está mais próximo em energia dos reagentes do que dos produtos.

Enquanto isso, em um processo endotérmico de etapa única, a estrutura do estado de transição se assemelha muito à dos produtos, pois o estado de transição está mais próximo em energia dos produtos do que dos reagentes.

Um intermediário reativo corresponde a um mínimo de energia entre dois estados de transição. Intermediários altamente reativos são difíceis de isolar e têm uma vida útil curta, enquanto aqueles com energias mais baixas têm vida útil mais longa.

Os intermediários reativos mais comuns em química orgânica envolvem radicais de carbono ou centros de carbono sem quatro ligações. Por exemplo, os carbocátions atuam como aceptores de elétrons e os carbânions atuam como doadores de elétrons.