Mechanizmy reakcji chemicznych

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Mechanizm reakcji chemicznych – opis faktycznego przebiegu reakcji chemicznych, razem ze wszystkimi stadiami i produktami pośrednimi. Czasami za integralną część mechanizmu reakcji uważa się też opis jej przebiegu z energetycznego punktu widzenia, a także jej podstawowe dane kinetyczne.

Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.Chromatografia (gr. χρῶμα (chrōma) = barwa + γράφω (graphō) = piszę) to technika analityczna lub preparatywna służąca do rozdzielania lub badania składu mieszanin związków chemicznych.

Typowe równania chemiczne są zwykle tylko sumarycznym zapisem reakcji, bez wnikania w jej szczegółowy przebieg. Większość reakcji składa się jednak z od kilku do kilkudziesięciu procesów zrywania i powstawania poszczególnych wiązań chemicznych. Poszczególne akty zrywania lub powstawania wiązań nazywa się reakcjami elementarnymi. Kompletny zapis wszystkich równań elementarnych zachodzących w trakcie reakcji jest właśnie tym, co zwykło się nazywać jej mechanizmem.

Wiązanie chemiczne według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólnienia dwóch lub większej liczby elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub większej liczby elektronów z jednego atomu na drugi i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.

Poznanie mechanizmu reakcji, oprócz znaczenia czysto poznawczego, ma także ogromne znaczenie praktyczne. Znając mechanizm reakcji można nią świadomie sterować zmieniając parametry jej środowiska. Na podstawie mechanizmu wyznacza się także efekty energetyczne reakcji i jej kinetykę, których znajomość jest często niezbędna do zastosowania danej reakcji w przemyśle.

Elektrofil (czynnik elektrofilowy) – cząsteczka lub grupa, w której występuje niedomiar elektronów i w odpowiednich warunkach jest w stanie je przyjąć, czyli być ich akceptorem.Rząd reakcji (rzędowość reakcji) – suma wykładników potęg w równaniu kinetycznym reakcji chemicznej w postaci jednomianu potęgowego.

Typy mechanizmów reakcji[ | edytuj kod]

Jakkolwiek reakcje chemiczne przebiegają na setki różnych sposobów, typowe mechanizmy zostały dość dokładnie sklasyfikowane. Nazwy klas mechanizmów reakcji składają się ze skrótów literowo-cyfrowych. Wielkie litery określają ogólny rodzaj reakcji (eliminacja, substytucja, addycja), małe określają charakter chemiczny cząsteczki "atakującej", a cyfra określa ile cząsteczek uczestniczy w etapie limitującym szybkość całej reakcji (czyli najwolniejszym). I tak np.

Nukleofil – cząsteczka lub grupa, w której występuje nadmiar elektronów i w odpowiednich warunkach może być ich donorem.Równanie reakcji chemicznej lub krócej równanie reakcji albo równanie chemiczne - inna nazwa zapisu przebiegu reakcji chemicznej.
  • Ee1 to eliminacja elektrofilowa, jednocząsteczkowa – czyli w reakcji z wyjściowej cząsteczki coś ubywa, cząsteczka ma w kluczowym etapie charakter elektrofilowy i w etapie tym uczestniczy tylko jedna cząsteczka
  • Sn2 to substytucja nukleofilowa dwucząsteczkowa – czyli w wyniku reakcji dochodzi do wymiany jednych atomów na drugie, cząsteczka "atakująca" ma charakter nuklefilowy w kluczowym etapie i w etapie tym uczestniczą dwie cząsteczki.
  • ACn4 to addycja skoordynowana (czasami mówi się też jednoczesna) (concerted), obojętna (neutral) czterocząsteczkowa – czyli w reakcji dochodzi do połączenia się cząsteczek w sposób skoordynowany, bez powstawania produktów ubocznych, a w kluczowym etapie uczestniczą jednocześnie wszystkie 4 cząsteczki.
  • Ustalanie mechanizmów reakcji[ | edytuj kod]

    Mechanizmy reakcji ustala się na różne sposoby:

    Reakcja elementarna – reakcja chemiczna, która zachodzi w jednym akcie, bez produktów pośrednich, w procesie, w którym występuje tylko jeden stan przejściowy.Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze).
  • Najbardziej podstawowym jest zbadanie kinetyki danej reakcji. Reakcje chemiczne zachodzące według jednego z ogólnych typów mają zazwyczaj bardzo zbliżony mechanizm i podobną kinetykę. Dzięki temu istnieją katalogi ogólnych schematów kinetycznych odpowiadających danemu typowi reakcji. Typ reakcji można więc w dużym stopniu ustalić porównując dane kinetyczne (szybkość reakcji, jej rząd względem wszystkich substratów) badanej reakcji ze schematem przypisanym do danego typu.
  • Drugim sposobem jest próba analizy produktów pośrednich reakcji. Robi się to albo w trakcie samej reakcji (zwykle metodami spektroskopowymi) albo usiłuje się "zatrzymać" reakcję na etapie pośrednim i wyodrębnić pośrednie produkty.
  • Trzecim sposobem jest bezpośrednia obserwacja przebiegu zrywania i powstawania kolejnych wiązań chemicznych. Pomocne są tu często tzw. szybkie (tj. możliwe do przeprowadzenia szybciej niż sama reakcja) techniki analityczne takie jak np. chromatografia stop flow.
  • Czwartym jest izotopowe śledzenie, co się dzieje z wybranymi fragmentami cząsteczek w czasie reakcji. Robi się to syntezując najpierw substraty zawierające duże ilości nietypowego izotopu (np: izotopu C) w określonych ściśle miejscach, a następnie analizując, w których miejscach znalazły się one w produktach. Wymaga to już jednak posiadania ogólnej koncepcji przebiegu danej reakcji.
  • Ostatnim etapem jest zwykle weryfikacja eksperymentalna proponowanego mechanizmu. Polega ona na zmianach tych warunków, które według proponowanego mechanizmu powinny mieć istotny wpływ na nią i badaniu, czy wpływ ten jest rzeczywiście taki, jak to wynika z mechanizmu.
  • Kinetyka chemiczna – dział chemii fizycznej zajmujący się badaniem przebiegu reakcji chemicznej w czasie. Twórcą kinetyki chemicznej był Ludwig Ferdinand Wilhelmy.




    Reklama