Элементарная реакция

Химическая реакция с одним этапом и переходным состоянием

Элементарная реакция — это химическая реакция , в которой один или несколько химических видов реагируют напрямую, образуя продукты в одной стадии реакции и с одним переходным состоянием . На практике реакция считается элементарной, если не обнаружено промежуточных продуктов реакции или их необходимо постулировать для описания реакции в молекулярном масштабе. ^[1] Кажущаяся элементарной реакция может на самом деле быть ступенчатой ​​реакцией , т. е. сложной последовательностью химических реакций с промежуточными продуктами реакции с переменным временем жизни.

В мономолекулярной элементарной реакции молекула А диссоциирует или изомеризуется с образованием продукта(ов)

${\displaystyle {\mbox{A}}\rightarrow {\mbox{products.}}}$

При постоянной температуре скорость такой реакции пропорциональна концентрации вида А.

${\displaystyle {\frac {d[{\mbox{A}}]}{dt}}=-k[{\mbox{A}}].}$

В бимолекулярной элементарной реакции два атома , молекулы, иона или радикала , A и B , реагируют вместе, образуя продукт(ы)

${\displaystyle {\mbox{A + B}}\rightarrow {\mbox{products.}}}$

Скорость такой реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций видов A и B.

${\displaystyle {\frac {d[{\mbox{A}}]}{dt}}={\frac {d[{\mbox{B}}]}{dt}}=-k[{\mbox{A}}][{\mbox{B}}].}$

Выражение скорости для элементарной бимолекулярной реакции иногда называют законом действующих масс , поскольку он был впервые предложен Гульдбергом и Вааге в 1864 году. Примером этого типа реакции является реакция циклоприсоединения . Это выражение скорости может быть выведено из первых принципов с использованием теории столкновений для идеальных газов . Для случая разбавленных жидкостей эквивалентные результаты были получены из простых вероятностных аргументов. ^[2]

Согласно теории столкновений вероятность одновременной реакции трех химических видов друг с другом в термомолекулярной элементарной реакции пренебрежимо мала. Поэтому такие термомолекулярные реакции обычно называют неэлементарными реакциями и их можно разбить на более фундаментальный набор бимолекулярных реакций ^{[3] [4]} в соответствии с законом действующих масс. Не всегда возможно вывести общие схемы реакций, но решения, основанные на уравнениях скорости , часто возможны в терминах стационарного состояния или приближений Михаэлиса-Ментен .

Примечания

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «элементарная реакция». doi :10.1351/goldbook.E02035
2. Джиллеспи, Дэниел Т. (2009-10-28). "Диффузионная бимолекулярная функция склонности". Журнал химической физики . 131 (16). doi :10.1063/1.3253798. ISSN  0021-9606. PMC 2780463. PMID 19894929  . 
3. "Бимолекулярные пути к кубическому автокатализу - Американское химическое общество - Бесплатная загрузка PDF". datapdf.com . Получено 2023-09-18 .
4. Арис, Р.; Грей, П.; Скотт, СК (1988-01-01). «Моделирование кубического автокатализа последовательными бимолекулярными шагами». Химическая инженерия . 43 (2): 207–211. doi :10.1016/0009-2509(88)85032-2. ISSN  0009-2509.