Στοιχειώδης Αντίδραση

Οι μη στοιχειώδεις αντιδράσεις μπορούν να εξηγηθούν με πολλά στοιχειώδη στάδια αντίδρασης. στοιχειώδεις αντιδράσεις συσσωρεύονται σε πολύπλοκες αντιδράσεις. Ένας μηχανισμός αντίδρασης αποτελείται από ένα σύνολο στοιχειωδών αντιδράσεων που προβλέπει τα στοιχειώδη βήματα σε μια σύνθετη αντίδραση. Οι συντεταγμένες αντίδρασης δύο αντιδράσεων φαίνονται παρακάτω. Η πρώτη είναι μια στοιχειώδης αντίδραση, ενώ η δεύτερη είναι μια μη στοιχειώδης αντίδραση.

Διαφορετικοί τύποι στοιχειωδών αντιδράσεων

Ο αριθμός των σωματιδίων του αντιδρώντος που εμπλέκονται σε μια αντίδραση αναφέρεται ως μοριακότητά του. Η μοριακότητα πρέπει να έχει μια ακέραια τιμή γιατί μπορεί να υπάρχουν μόνο διακριτοί αριθμοί σωματιδίων. Υπάρχουν τρεις τύποι μοριακής ικανότητας:η μονομοριακή, η διμοριακή και η τερμοριακή. Δεν υπάρχουν στοιχειώδεις αντιδράσεις που να περιλαμβάνουν τέσσερα ή περισσότερα μόρια που έχουν ανακαλυφθεί.

Μοναδική Μοριακή Αντίδραση

Όταν ένα μόριο αναδιατάσσεται για να παράγει ένα ή περισσότερα προϊόντα, ονομάζεται μονομοριακή αντίδραση. Η ραδιενεργή διάσπαση είναι ένα παράδειγμα αυτού, κατά την οποία εκπέμπονται σωματίδια από ένα άτομο. Ο ισομερισμός Cis-trans, η θερμική διάσπαση, το άνοιγμα δακτυλίου και η ρακεμοποίηση είναι μερικά περαιτέρω παραδείγματα. Ο ρυθμός αποσύνθεσης ενός υλικού είναι ανάλογος της συγκέντρωσής του. Όπως εξήγησε ο Frederick Alexander Lindemann στον μηχανισμό του Lindemann, οι μονομοριακές αντιδράσεις είναι συχνά αντιδράσεις πρώτης τάξης.

Διμοριακή Αντίδραση

Μια διμοριακή αντίδραση συμβαίνει όταν δύο σωματίδια συγκρούονται. Οργανικές αντιδράσεις όπως η πυρηνόφιλη υποκατάσταση συχνά περιλαμβάνουν διμοριακές αντιδράσεις. Οι διμοριακές αντιδράσεις είναι αντιδράσεις δεύτερης τάξης επειδή ο ρυθμός τους καθορίζεται από το γινόμενο των συγκεντρώσεων κάθε εμπλεκόμενου είδους.

Τερμοριακή αντίδραση

Η σύγκρουση τριών σωματιδίων ταυτόχρονα και τοποθεσία απαιτείται για μια τερμοριακή αντίδραση. Αυτός ο τύπος αντίδρασης είναι εξαιρετικά σπάνιος αφού απαιτεί και τα τρία αντιδρώντα να έρθουν σε επαφή ταυτόχρονα, με επαρκή ενέργεια και τη σωστή κατεύθυνση, προκειμένου να ξεκινήσει μια αντίδραση. Υπάρχουν τρεις τύποι θερμομοριακών αντιδράσεων, οι οποίες είναι τρίτης τάξης.

Νόμος μοριακότητας και ρυθμού στοιχειώδους αντίδρασης [1-4]

Ο αριθμός των αντιδρώντων σε μια στοιχειώδη αντίδραση είναι γνωστός ως μοριακότητα της αντίδρασης. Αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για τον τρόπο ταξινόμησης των στοιχειωδών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, η αντίδραση που δίνεται παρακάτω  περιλαμβάνει δύο μόρια HI. Ως αποτέλεσμα, η μοριακότητά του είναι δύο.

2HI-H2+I2 

Ο κανόνας ταχύτητας για μια στοιχειώδη αντίδραση δημιουργεί μια σύνδεση μεταξύ του ρυθμού αντίδρασης και των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων. Στην ισορροπημένη εξίσωση, μπορεί να αναπαρασταθεί ως προς τη συγκέντρωση και τους στοιχειομετρικούς συντελεστές των αντιδρώντων. Ο αριθμός μπροστά από το αντιδρών είναι ο στοιχειομετρικός συντελεστής. Για παράδειγμα, ο ρυθμός =k[HI]2 είναι ο νόμος του ρυθμού για την παραπάνω εξίσωση. Η συγκέντρωση του υδροϊωδίου αντιπροσωπεύεται από [HI].

Η αλληλουχία μιας χημικής αντίδρασης μπορεί να προσδιοριστεί από τον αριθμό των αντιδρώντων μορίων. Υπολογίζεται προσθέτοντας όλους τους στοιχειομετρικούς συντελεστές του αντιδρώντος μαζί. Η ολική σειρά αντίδρασης είναι πάντα ίση με τη μοριακότητα για μια στοιχειώδη αντίδραση. Επιστρέφοντας στην παραπάνω εξίσωση, η σειρά είναι 2, επειδή η αντίδραση περιλαμβάνει δύο μόρια HI. Ως αποτέλεσμα, η κατανομή του HI είναι μια αντίδραση δεύτερης τάξης.

Στοιχειώδεις και μη στοιχειώδεις αντιδράσεις

Χωρίς κανένα ενδιάμεσο, τα αντιδρώντα παράγουν προϊόντα απευθείας σε μια στοιχειώδη αντίδραση. Τα ενδιάμεσα διεργασίας, από την άλλη πλευρά, σχηματίζουν τα τελικά προϊόντα σε μια μη στοιχειώδη ή σύνθετη αντίδραση. Μια μη στοιχειώδης αντίδραση σχηματίζεται όταν συνδυάζονται δύο ή περισσότερες στοιχειώδεις αντιδράσεις.

Ένα παράδειγμα μη στοιχειώδους αντίδρασης είναι το ακόλουθο:

Σε δύο διεργασίες, το διοξείδιο του αζώτου (NO2) συνδυάζεται με το φθόριο (F2) για να σχηματίσει φθοριούχο νιτρύλιο (NO2F).

Βήμα 1:NO2 +F2 -[NO2F]*(Αργό)

Βήμα 2:  [NO2+F ](Γρήγορο)

Η γενική συναίνεση είναι:

2NO2F =2NO2 + F2

Το ενδιάμεσο είναι [NO2+ F]* σε αυτήν την περίπτωση. Συμβολίζεται με το σύμβολο []*, που σημαίνει ότι το ενδιάμεσο είναι ασταθές και βραχύβιο

Συμπέρασμα

Ο μηχανισμός αντίδρασης είναι η σειρά από διακριτά στάδια ή στοιχειώδεις αντιδράσεις, με τις οποίες τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Ο ρυθμός του πιο αργού βήματος, γνωστός ως βήμα καθορισμού του ρυθμού, καθορίζει τον συνολικό ρυθμό μιας απόκρισης. Οι νόμοι ρυθμού πρώτης τάξης διέπουν τις μονομοριακές στοιχειώδεις αντιδράσεις, ενώ οι νόμοι δεύτερης τάξης διέπουν τις διμοριακές στοιχειώδεις αντιδράσεις. Οι νόμοι ρυθμού που υπολογίζονται από έναν μηχανισμό απόκρισης μπορούν να συγκριθούν με τους πειραματικά παρατηρούμενους νόμους ρυθμού για να καθοριστεί εάν ο μηχανισμός είναι έγκυρος ή αξιόπιστος.