In chimica , un meccanismo di reazione è la sequenza di fasi, di reazioni elementari , mediante le quali avviene un cambiamento chimico.
Sebbene, per la maggior parte delle reazioni, sia osservabile direttamente solo l'equilibrio complessivo (trasformazione dei reagenti in prodotti ), gli esperimenti consentono di determinare la possibile sequenza di fasi del meccanismo di reazione associato.
Un meccanismo di reazione descrive in dettaglio cosa accade esattamente in ogni fase di una trasformazione chimica. Descrive ogni transizione di reazione e stato intermedio , quali legami vengono rotti e in quale ordine, quali legami vengono riformati e in quale ordine, nonché la velocità relativa di ogni fase. Un meccanismo di reazione completo fornisce anche la quantità di ciascun reagente consumato e quella di ogni prodotto formato. Descrive la possibile catalisi e stereochimica delle specie chimiche coinvolte e va indicato anche l' ordine di reazione rispetto a ciascun reagente.
Una reazione a singolo passaggio è, in realtà, spesso composta da diversi passaggi secondari. Gli intermedi sono spesso molecole instabili, radicali liberi o ioni. Gli stati di transizione corrispondono ai massimi sulla coordinata di reazione e ai punti di sella sulla superficie dell'energia potenziale della reazione.
Oltre alla rappresentazione topologica delle molecole coinvolte nella reazione, le frecce indicano il movimento (reale o teorico) degli elettroni durante la reazione.
Quando una o più molecole si trasformano in un'altra molecola, la natura della freccia indica il tipo di trasformazione:
Le informazioni sul meccanismo di una reazione vengono spesso fornite studiando la cinetica chimica per determinare la legge della velocità e l' ordine di reazione rispetto a ciascun reagente.
Considera la seguente reazione, ad esempio:
CO + NO 2 → CO 2 + NOÈ stato sperimentalmente dimostrato che la cinetica di questa reazione è regolato dalla legge di velocità: . Questa forma suggerisce che la fase cineticamente determinante è una reazione tra due molecole di NO 2 , e un possibile meccanismo conforme alla legge della velocità sarebbe il seguente:
2 NO 2 → NO 3 + NO (lento)Ogni passo è chiamato "passo elementare" e ognuno ha la propria legge di velocità e molecolarità. La reazione complessiva è la combinazione di questi passaggi. Quando si determina la cinetica di reazione complessiva, la fase più lenta è quella che determina la velocità di reazione. Qui, il primo passo è il più lento, quindi è cineticamente determinante. Poiché si tratta di una collisione tra due molecole NO 2 , la reazione è biomolecolare , con una legge tasso che è scritto in questo modo: . Se sommiamo i due passaggi, troviamo la reazione complessiva.
Altre reazioni possono avere meccanismi di diversi passaggi consecutivi, con la possibilità di una reazione di riarrangiamento come passaggio. In chimica organica, uno dei primi meccanismi di reazione fu stabilito nel 1903 da AJ Lapworth, per la condensazione del benzoino.
Esistono anche meccanismi più complessi come le reazioni a catena , con fasi di propagazione della catena a circuito chiuso.
Per costruire un modello predittivo soddisfacente, è necessario disporre di un meccanismo di reazione corretto. Tuttavia, per molte combustioni o per molti sistemi che sono sotto forma di plasma , i meccanismi dettagliati non sono noti. E anche in caso contrario, identificare e raccogliere dati da fonti diverse e talvolta contraddittorie, estrapolarli a condizioni diverse, ecc., Può essere difficile senza l'aiuto di esperti. Le costanti di velocità ei dati termochimici spesso non sono disponibili in letteratura, il che rende necessario, per ottenere alcuni parametri teoricamente, utilizzare tecniche di chimica assistita da computer.
La chimica della molecolarità è il numero di entità molecolari coinvolte in una singola fase di reazione. Una reazione che coinvolge una singola entità è detta "unimolecolare", è "bimolecolare" per due entità e "termolecolare" per tre entità.
Reazioni organiche per meccanismo