Элементарная реакция

элементарная реакция - это химическая реакция, в которой один или несколько химических веществ непосредственно реагируют с образованием продуктов за один стадия реакции и с одним переходным состоянием . На практике предполагается, что реакция является элементарной, если промежуточные продукты реакции не обнаружены или их необходимо постулировать для описания реакции в молекулярном масштабе. Очевидно, элементарная реакция может фактически быть ступенчатой ​​реакцией, то есть сложной последовательностью химических реакций с промежуточными продуктами реакции с переменным временем жизни.

В мономолекулярной элементарной реакции молекула A диссоциирует или изомеризуется с образованием продуктов (продуктов)

$A\; \to \; продукты.\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; t\_dv\; \{A\}\}\; \backslash \; rightarrow\; \{\backslash \; t\_dv\; \{products.\}\}\}$

При постоянной температуре скорость такой реакции пропорциональна концентрации вещества A

$d\; [A]\; dt\; =\; -\; k\; [A].\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{d\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{A\}\}]\}\; \{dt\}\}\; =\; -\; k\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{A\}\}].\}$

В бимолекулярной элементарной реакции, два атома, молекулы, ионы или радикалы, A и B, взаимодействуют вместе с образованием продукта (продуктов)

$A\; +\; B\; \to \; продукты.\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; t\_dv\; \{A\; +\; B\}\}\; \backslash \; rightarrow\; \{\backslash \; t\_dv\; \{products.\}\}\}$

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

$d\; [A]\; dt\; =\; d\; [B]\; dt\; =\; -\; k\; [A]\; [B].\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{d\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{A\}\}]\}\; \{dt\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{d\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{B\}\}]\}\; \{dt\}\}\; =\; -\; k\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{\; A\}\}]\; [\{\backslash \; t\_dv\; \{B\}\}].\}$

Выражение скорости элементарной бимолекулярной реакции иногда называют Законом действия массы, как это было впервые предложено Гульдбергом и Waage в 1864 году. Примером реакции этого типа является реакция циклоприсоединения. Это скоростное выражение может быть получено из первых принципов, используя теорию столкновений для идеальных газов. Для случая разбавленных жидкостей эквивалентные результаты были получены на основе простых вероятностных аргументов.

Согласно теории столкновений вероятность того, что три химических соединения одновременно вступят в реакцию друг с другом в термолекулярном элементарной реакцией можно пренебречь. Следовательно, такие термолекулярные реакции обычно называют неэлементарными реакциями и могут быть разбиты на более фундаментальный набор бимолекулярных реакций в соответствии с законом действия масс. Не всегда возможно получить общие схемы реакций, но решения, основанные на уравнениях скорости, часто возможны в терминах стационарного или приближений Михаэлиса-Ментен.

Примечания

1. ^ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) «элементарная реакция ». doi : 10.1351 / goldbook.E02035
2. ^Гиллеспи, Д.Т., Диффузионная бимолекулярная функция склонности, Журнал химической физики 131, 164109 (2009)
3. ^Cook, Г.Б., Грей, П. и Кнапп, Д.Г., Скотт, С.К., Бимолекулярные пути к кубическому автокатализу, The Journal of Physical Chemistry 93, 2749-2755 (1989)
4. ^Aris, R. and Грей П. и Скотт С.К., Моделирование кубического автокатализа с помощью последовательных бимолекулярных стадий, Chemical Engineering Science 43 ', 207-211 (1988)