Βήμα καθορισμού ποσοστού

Ενεργειακή ευνοϊκότητα

Η συγκέντρωση των αντιδρώντων είναι πάντα σημαντική, ιδιαίτερα των αντιδρώντων στο στάδιο προσδιορισμού της ταχύτητας. Οι αντιδράσεις προχωρούν όταν είναι ενεργειακά ευνοϊκό να γίνει κάτι τέτοιο. Στις αντιδράσεις ισορροπίας, η συγκέντρωση των αντιδρώντων σε προϊόντα αλλάζει το △ G της αντίδρασης; όταν η αναλογία των αντιδρώντων προς τα προϊόντα είναι ανισόρροπη, με περισσότερα αντιδρώντα ανά προϊόν, το △ Το G μειώνεται από την εντροπία.

Αν και είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι χημικοί θα πουν ότι αυτοί οι παράγοντες οδηγούν τις αντιδράσεις, η ενεργειακή ευνοϊκότητα δεν έχει καμία σχέση με το βήμα καθορισμού του ρυθμού . △ Ο G δεν είναι σε θέση να μας πει τίποτα για τον ρυθμό μιας αντίδρασης. Ταυτόχρονα, δεν μπορεί να μας πει τίποτα για το βήμα περιορισμού του ποσοστού.

Ποιο είναι το Βήμα Καθορισμού Ρυθμού;

Είναι το βήμα που θα πάρει τον μεγαλύτερο χρόνο σε μια αντίδραση. Είναι το πιο αργό μέρος του μηχανισμού αντίδρασης και θα καθορίσει πόσο γρήγορα θα πραγματοποιηθεί η συνολική αντίδραση.

Σχέση μεταξύ του βήματος καθορισμού του ρυθμού και της ενέργειας ενεργοποίησης

Πώς προσδιορίζετε το βήμα καθορισμού του ποσοστού; Για να συμβούν όλες οι αντιδράσεις, τα αντιδρώντα πρέπει να ξεπεράσουν μια ενέργεια ενεργοποίησης. Αυτή η ενέργεια ενεργοποίησης είναι ισοδύναμη με την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να σπάσει ο δεσμός που απαιτείται για να σχηματιστεί το προϊόν ή το ενδιάμεσο κλειδί. Το βήμα προσδιορισμού του ρυθμού είναι η αντίδραση με την υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης σε μηχανισμό αντίδρασης.

Υπάρχουν μόνο λίγοι παράγοντες που επηρεάζουν την ενέργεια ενεργοποίησης. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών είναι ο πρωταρχικός παράγοντας στην ενέργεια ενεργοποίησης. Επιπλέον, όταν σπάμε σταθερούς δεσμούς για να σχηματίσουμε ασταθείς δεσμούς, θα σχηματίσουμε ασταθή ενδιάμεσα. Ο σχηματισμός αυτών των ασταθών ενδιάμεσων είναι ενεργειακά δυσμενής και συνήθως έχει την περισσότερη ενέργεια ενεργοποίησης.

Ωστόσο, η στερική παρεμπόδιση μπορεί επίσης να επηρεάσει την ενέργεια ενεργοποίησης μιας αντίδρασης. Η στερική παρεμπόδιση είναι η ιδέα ότι τα άτομα μέσα σε ένα μόριο θα απωθούν το ένα το άλλο, καθώς και άτομα από άλλα μόρια. Ουσιαστικά, η παρουσία άλλων δεσμών με το λιγότερο ηλεκτραρνητικό μόριο μπλοκάρει εν μέρει το αντιδεσμικό τροχιακό. Όπως επισημαίνεται από τη θεωρία σύγκρουσης, εάν το τροχιακό αντιδεσμικό είναι μερικώς αποκλεισμένο, η αντίδραση θα προχωρήσει πιο αργά παρουσία της στερικής παρεμπόδισης.

Πολλές ενέργειες ενεργοποίησης

Μέσα στην οργανική χημεία, μάθαμε τους μηχανισμούς καμπυλωτών βελών πολλών αντιδράσεων. Αυτά τα κυρτά βέλη υποδεικνύουν τα ενδιάμεσα που θα σχηματίσει ένα μόριο για να λάβει χώρα μια αντίδραση. Όπως είδαμε στην οργανική χημεία, οι περισσότερες αντιδράσεις δεν έχουν συντονισμένα βέλη όπως η αντίδραση Diels-Alder. Αντίθετα, οι περισσότερες αντιδράσεις θα σχηματίσουν ένα ή πολλά ενδιάμεσα πριν φτάσει στο προϊόν του. Ο σχηματισμός καθενός από αυτά τα ενδιάμεσα έχει τις δικές του αντίστοιχες ενέργειες ενεργοποίησης.

Παραπάνω είναι ένα ενεργειακό προφίλ μιας αντίδρασης SN1. Όπως μπορεί κανείς να δει, ο σχηματισμός του ενδιάμεσου καρβοκατιόντος έχει τη δική του ενέργεια ενεργοποίησης, εκτός από την αντίδραση που σχηματίζει το προϊόν. Συμπτωματικά, αυτό το βήμα της αντίδρασης είναι επίσης το βήμα περιορισμού του ρυθμού επειδή έχει την υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης στο ενεργειακό προφίλ.

Βήμα καθορισμού ποσοστού στα ενεργειακά προφίλ

Το βήμα καθορισμού του ρυθμού στα ενεργειακά προφίλ είναι αυτό που έχει την υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης. Τα ενεργειακά προφίλ θα αποδώσουν αυτό το βήμα δίνοντας τις ενέργειες ενεργοποίησης για το σχηματισμό όλων των ενδιάμεσων και προϊόντων. Σε γενικές γραμμές, τα βήματα που σχηματίζουν το πιο ασταθές ενδιάμεσο καθορίζουν τον ρυθμό αντίδρασης.

Παραδείγματα βημάτων καθορισμού ποσοστού

Ο σχηματισμός ενδιάμεσων όπως τα καρβοκατιόντα ή τα ενολικά (χωρίς τη χρήση LDA) είναι απίστευτα ενεργειακά δυσμενής και τυπικά προχωρά μόνο κάτω από πολύ συγκεκριμένες συνθήκες. Γενικά, οποιαδήποτε μισή αντίδραση ή μέρος ενός μηχανισμού αντίδρασης που παράγει ένα καλό πυρηνόφιλο ή ηλεκτρόφιλο ως προϊόν είναι το στάδιο περιορισμού του ρυθμού.

Βήμα καθορισμού ρυθμού στη μισή αντίδραση

Στις μισές αντιδράσεις, πολλές φορές τα μαθήματα θα περιγράψουν μια μισή αντίδραση ως «αργή». Αυτή η αργή αντίδραση είναι το βήμα καθορισμού του ρυθμού. Μια άλλη επιλογή είναι να χωρίσετε τους μηχανισμούς καμπυλωτών βελών. Προσδιορίστε πού παράγεται το ασταθές ενδιάμεσο, αυτή η αντίδραση είναι πιθανότατα το βήμα περιορισμού του ρυθμού.

Ρυθμοί προσδιορισμού βημάτων και αντιδράσεων

Μόλις αναγνωριστεί το στάδιο προσδιορισμού του ρυθμού, τα αντιδρώντα που εμπλέκονται στο στάδιο είναι τα μόρια στην εξίσωση του νόμου του ρυθμού. Οι χημικοί είναι σε θέση μόνο να υπολογίσουν πειραματικά και να προσδιορίσουν την εξίσωση του νόμου του ρυθμού μιας αντίδρασης. Δεν υπάρχει αναγνωριστικό της σειράς ενός αντιδρώντος. Για να μάθετε την εξίσωση του νόμου του ρυθμού, εκτελέστε 3 αντιδράσεις με ποικίλες συγκεντρώσεις και μετρήστε τον χρόνο ημιζωής τους.

Επιπλέον, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η σταθερά ρυθμού είναι συγκεκριμένη για τις πειραματικές συνθήκες , όπως η θερμοκρασία. Οι αλλαγές σε αυτούς τους περιβαλλοντικούς παράγοντες θα επηρεάσουν τις σταθερές ταχύτητας μιας αντίδρασης.