Механизмы реакции

Химическая реакция часто представляется общим сбалансированным химическим уравнением с указанием исходных веществ и продуктов. Однако реальная реакция часто бывает сложнее и протекает в несколько этапов. Например, эта реакция оксида азота с водородом с образованием газообразного азота и воды протекает в три последовательных этапа.

Эти этапы называются механизмом реакции. Каждый этап механизма реакции называется элементарной реакцией и представляет собой взаимодействие, такое как разрыв или образование связи между реагирующими частицами. Определенные молекулы, такие как диоксид азота и закись азота, образуются на одном элементарном этапе и расходуются на другом.

Такие вещества называются промежуточными продуктами реакции. Промежуточные продукты реакции это низкоэнергетические продукты элементарной реакции. Зачастую они короткоживущие, что объясняет их отсутствие в смеси продуктов.

Промежуточные продукты реакции это не то же самое, что активированные комплексы. Активированные комплексы это высокоэнергетические переходные состояния, существующие только при превращении исходных веществ в продукты. Объединение элементарных этапов дает общее уравнение химической реакции.

В этом случае промежуточные продукты реакции удаляются и, следовательно, не появляются в общем химическом уравнении. Различные элементарные реакции могут протекать с разной скоростью. Самый медленный элементарный этап определяет общую скорость реакции.

Здесь реакция диоксида азота с газообразным водородом является этапом, ограничивающим скорость. Элементарные реакции обычно делятся на три типа, в зависимости от количества реагирующих молекул или молекулярности. В мономолекулярной реакции одна молекула исходного вещества превращается в один или несколько продуктов.

В бимолекулярной реакции реагируют две разные молекулы. Тримолекулярная реакция, хотя и очень редкая, включает в себя реакцию трех разных молекул с образованием промежуточных соединений или продуктов. В отличие от кинетического уравнения реакции общей химической реакции, которое определяется экспериментально, кинетические уравнения элементарных реакций могут быть предсказаны на основе стехиометрических коэффициентов их исходных веществ.

Короче говоря, молекулярность элементарной реакции соответствует общему порядку реакции элементарного этапа. Следовательно, мономолекулярные реакции часто являются реакциями первого порядка, бимолекулярные реакции реакциями второго порядка, а тримолекулярные реакции реакциями третьего порядка. Понимание механизмов и кинетики реакций помогает химикам выявлять и оптимизировать химические реакции.