Hlavní obsah
Fyzikální chemie
Rychlost reakce a rychlostní rovnice
Co je potřeba si zapamatovat
- Reakční mechanismus je sled elementárních kroků, ke kterým dochází během chemické reakce.
- Reakci, která probíhá ve dvou nebo více elementárních krocích, se říká vícestupňová nebo vícekroková reakce.
- Reakční meziprodukt je chemická sloučenina, která vznikne v jednom elementárním kroku a v dalším kroku se spotřebuje.
- Nejpomalejšímu kroku v reakčním mechanismu se říká řídicí krok.
- Řídicí krok omezuje celkovou rychlost, proto určuje celkovou rychlost reakce.
Úvod: Vícestupňové reakce
Jedním z nejdůležitějších použití kinetiky je reakční mechanika neboli posloupnost kroků, ve kterých dochází k chemickým reakcím. Například reakce oxidu dusičitého s oxidem uhelnatým:
Na základě stechiometrie téhle vyčíslené rovnice bychom mohli usoudit, že reakce probíhá jen skrze srážku molekuly oxidu dusičitého s molekulou oxidu uhelnatého. Jinými slovy můžeme předpokládat, že se jedná o elementární reakci.
Pokud by tomu tak bylo, reakční rychlost by vycházela z reakčních koeficientů vyčíslené chemické rovnice:
Když ale reakci zkoumáme experimentálně, zjistíme, že reakční rychlost je ve skutečnosti
Vzhledem k tomu, že nám výsledek nesouhlasí s hypotézou, víme, že v reakci musí být více než jeden krok. Reakci, která probíhá ve dvou nebo více elementárních krocích, se říká vícestupňová nebo vícekroková. Jak uvidíme v další části, experimentální reakční rychlost můžeme využít k získání jednotlivých kroků vícestupňové reakce.
Mechanismy vícestupňových reakcí
Když chemici zjistí reakční rychlost reakce, můžou navrhnout a zkoumat možné reakční mechanismy. Případný mechanismus reakce musí splňovat minimálně tyto dvě podmínky:
- Rovnice elementárních kroků mechanismu musí souhlasit s celkovou rovnicí reakce.
- Mechanismus musí odpovídat experimentální reakční rychlosti.
Tyto podmínky použijeme k vyhodnocení navrhovaného mechanismu pro reakci mezi a C, O. Tato reakce má dva elementární kroky:
Nejdříve zkontrolujeme, jestli rovnice těchto dvou kroků odpovídají celkové rovnici reakce:
Všimni si, že jedna z molekul, , se objevuje v obou krocích mechanismu, ale ne v celkové reakci. V tomto případě je reakční meziprodukt, sloučenina, která vznikne v jednom kroku a v dalším kroku se spotřebuje.
Dále zjistíme, jestli tento dvoukrokový mechanismus odpovídá experimentální reakční rychlosti. Abychom to mohli udělat, musíme nejdříve zjistit, který z kroků je řídicím krokem neboli nejpomalejším krokem mechanismu. Reakce nemůže být rychlejší než její nejpomalejší krok, proto řídicí krok reakce omezuje celkovou rychlost reakce. Je to stejné, jako když dopravní zácpa omezuje celkovou rychlost na dálnici, i když jsou ostatní části dálnice průjezdné.
V navrhovaném mechanismu je řídicím krokem nejspíše 1. krok:
Protože 1. krok omezuje celkovou rychlost reakce, reakční rychlost tohoto kroku bude stejná jako celková reakční rychlost. Předpokládaná reakční rychlost celkové reakce je tedy
Reakční rychlost odpovídá experimentálně určené reakční rychlosti, kterou jsme uvedli dříve. To znamená, že reakční mechanismus splňuje obě podmínky, proto můžeme s jistotou říct, že se jedná o platný mechanismus reakce.
K procvičení: Analýza reakčního mechanismu
Níže jsou uvedené elementární kroky navrhovaného reakčního mechanismu.
Na základě uvedených informací zkus zodpovědět následující otázky:
1. Jaká je celková rovnice reakce?
2. Jaké jsou reakční meziprodukty?
3. Který krok je řídícím krokem?
Shrnutí
- Reakční mechanismus je sled elementárních kroků, ke kterým dochází během chemické reakce.
- Reakci, která probíhá ve dvou nebo více elementárních krocích, se říká vícestupňová nebo vícekroková reakce.
- Reakční meziprodukt je chemická sloučenina, která vznikne v jednom elementárním kroku a v dalším kroku se spotřebuje.
- Nejpomalejšímu kroku v reakčním mechanismu se říká řídicí krok.
- Řídicí krok omezuje celkovou rychlost, proto určuje celkovou rychlost reakce.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.