Erreakzio-mekanismo

1. irudia Eyring-ek HBr-ren erreakzioa aztertzeko erabilitako energia potentzialaren azalera. Altuerak sistemaren energia adierazten du konfigurazio jakin batean.

Erreakzio-mekanismoa erreakzio kimiko batean gertatzen diren oinarrizko erreakzioak eta bitartekoak zeintzuk diren logikoki azaltzen saiatzen den postulatu teorikoa da, eta ezaugarri kualitatiboak (kolorearen garapena, prezipitatuen itxura, etab.) eta kuantitatiboak azaltzeko aukera ematen dute (garrantzitsuenetako bat erreakzio-abiadura da) bere garapenean ikusita. Mekanismoa lan esperimentalean tarteko, aktibatutako konplexu(k) edo/eta isolatutako espezie gisa aztertutako erreakziorako jakinarazitako datu esperimentalek lagundu behar dute: proposatutako urrats bakoitzean parte hartzen duen energia (erreakzio-abiadura zehazten duena), fase-aldaketak, katalizatzaileak eragindako efektuak (bat gehituz gero), lortutako produktuak, erreakzioaren etekina, produktuen estereokimika, etab.

Oinarrizko erreakzioak elkarrengana hurbildu ahala parte hartzen duten molekulen energia potentzialaren aldaketatik iker daitezke; mota horretako lehen ikerketa Henry Eyring-ek egin zuen, eta dinamika kimikoaren garapenaren oinarria izan zen. Fisika kuantikoaren kalkuluetan oinarrituta, Eyring-ek gainazal bat egin zuen, non barneko koordenatuen aldaketa (molekulen atomoen arteko hurbilketa distantzia) vs energia potentziala adierazten den. Sisteman gerta daitezkeen konfigurazio posible guztiak aurkitzen dira bertan, molekulak atomoetan disoziatzea, lotura berrien «haustura» eta «eraketa» eta edozein motatako Bitarteko edo espezie kimikoen eraketa. Oinarrizko erreakzio(en) abiadura ezaugarritzeko aukera ematen diguten bi zona bereziki garrantzitsuak dira: Bata, haran potentziala deritzo eta espezie egonkorrak aurkitzen diren zona da, eta, bestea, jarleku puntu gisa trantsizio-egoera aurkitzen dugun zona. Erreakzio kimikoa, orduan, molekulak haran potentzial batetik bestera igarotzen diren prozesu bat da, trantsizio-egoera baten zehar eta behatutako produktuak sortu arte edo/eta sistemaren entropia maximoa izan arte lor daitekeen baldintzetan eginda. Erreakzio-mekanismoak energia potentzialaren azalerari eta erreakzio kimiko batek jarraitutako bideari buruzko postulatu teorikoak dira, eta, esperimentalki, ikusitako ezaugarri kuantitatibo eta kualitatiboetan oinarrituta «frogatu» daitezke; normalean, garrantzitsuena erreakzio-abiadura da..

2. irudia Trantsizio-egoeraren konfigurazioa aurkitzen den gainazal potentzialaren jarleku-puntua.

Oinarrizko kontzeptuak

Ikuspuntu termodinamikotik, ekuazio kimiko bat, erreaktiboak hasierako egoera izanik eta produktuak azken egoera izanik, energia librearen aldaketa dago. Energia libreak negatiboa izan behar du, erreakzio espontaneoa izango baita; hau da, erreakzioa inolako eragozpen termodinamikorik gabe gerta daiteke.

Azalpena errazteko, hobe izango da adibide batekin egitea:

$\mathrm {A(g)+BC(g)\longrightarrow AB(g)+C(g),\ con\ } \Delta _{\rm {r}}G<0$

A-B lotura egiteko, erreaktiboek distantziak zeharkatu behar dituzte, baina horrek elektroien aldaratze-indarra areagotzen du. Zalantza hori saihesteko, erreaktiboek elkarrengana hurbildu beharko dute energia zinetiko nahikoarekin. Energia horren gainetik, A eta B molekulak loturak sortzen ari dira, eta, aldi berean, B eta C molekulak haienak hausten ari dira. Une horretan, A, B eta C-k osatutako konplexu bat dago, konplexu aktibatua deitua. Azkenean, B eta C lotura guztiak hautsiko dira, eta A eta B loturak sortuko dira, hau da, produktuak.

Aktibazio-energia ere aipatu behar dugu, hau da, erreaktiboen energiaren eta aktibatutako konplexuaren energiaren arteko aldea. Erreaktiboak produktu bihurtzeko igaro behar duten energia-hesitzat har daiteke.

Motak

Erreakzio oinarrizkoak edo kontzertatuak

Maiatzaren Legeak erreakzio-mekanismo bat karakterizatzeko aukera ematen digu. Oinarrizko erreakzioa etapa bakarrean gertatzen da. Erreakzio hori aktibaturiko eraketa konplexu bakar batekin gertatzen da, eta energia-hesi bakarra gainditu behar du. Ekuazio kimiko bakar batean adierazten da.

3 oinarrizko erreakzio mota daude; hauek dira:

• Konbinazioa : A+B → AB
• Deskonposizioa : AB → A+B
• Desplazamendua : AB+C → AC+B

Erreakzio konplexuak

Erreakzio konplexua 2 fase edo gehiagotan gertatzen da, tartekoen eraketarekin. Oinarrizko erreakzioen multzoa dela ere esan dezakegu, non konplexu aktibatu ezberdinen eraketa bat baino gehiago dagoen eta energia-hesi desberdinak gainditzen dituen. Hainbat ekuazio kimikotan edo global batean adierazten da. Ekuazio kimiko globalean, erreakzio globalen hasierako egoera eta azken egoera irudikatzen dira, baina ez du erakusten erreakzioa nola gertatu den.

Bitartekoak erreakzio mekanismoan agertzen diren molekulak dira, baina ez hasierako ekuazioan.

Molekulartasuna

Molekulartasuna oso kontzeptu baliagarria da trantsizio-egoera nolakoa den eta bertara iristeko zenbat energia behar den zehaztu ahal izateko. Lehen hurbilketa batean, erreakzio-abiadurak urrats motelaren araberakoak soilik direnez, oinarrizko erreakzio motelenaren trantsizio-egoeran parte hartzen duten molekula-kopuru gisa definitzen da:

• Unimolekularra: molekula bakarrak hartzen du parte.

• Bimolekularrak: 2 molekulek hartzen dute parte.

• Trimolekularrak: 3 molekulek hartzen dute parte.

Mekanismoaren Adibidea

Adibide gisa, oxido nitrikoaren eta oxigenoaren arteko erreakzio orokorra kontuan hartu dugu:

${\ce {2 NO(g) + O2(g) -> 2 NO2(g)}}$

Jakina da produktuak ez direla zuzenean sortzen bi NO molekula O₂ molekula batekin talkaren ondorioz, erreakzioan zehar N₂O₂ espeziea topatu baita. Mekanismo posiblea da erreakzioa bi urratsetan edo oinarrizko erreakziotan gertatzen dela suposatzea:

${\ce {2 NO(g) -> N2O2(g)}}$ lehenengo etapa

${\ce {N2O2(g) + O2(g) -> 2 NO2(g)}}$ bigarren etapa

Lehenengo fasean, bi NO molekulek talka egiten dute N₂O₂ molekula bat sortzeko; erreakzio bimolekularra da . Ondoren, erreakzio bat dator, N₂O₂ eta O₂ artean, NO₂ molekula bi eratzeko; erreakzio bimolekularra da. Aldaketa osoa adierazten duen ekuazio kimiko orokorra bi urrats horien batura bezala interpreta daiteke.

N₂O₂ bezalako espeziea da erreakzioaren tartekoa .

Erreakzio organikoak beren mekanismoaren arabera

Kimika organikoan, erreakzio bakoitzak nola gertatzen den azaltzen duen erreakzio-mekanismoa du, erreaktiboen zerrenda baten deskribapen zehatza beti argia ez den arren. Erreakzio organikoak oinarrizko mota batzuetan antola daitezke. Erreakzio batzuk kategoria batean baino gehiagotan sartzen dira. Adibidez, ordezkapen-erreakzio batzuek batuketa-ezabaketa bidea jarraitzen dute. Ikuspegi orokor horrek ez du erreakzio organiko bakoitza barne hartu nahi. Aitzitik, oinarrizko erreakzioak estaltzea besterik ez du nahi.

erreakzio mota	azpimota	Iruzkina
gehitze erreakzioak	gehiketa elektrofiloa	halogenazioa, hidrohalogenazioa eta hidratazioa bezalako erreakzioak biltzen ditu .
	gehikuntza nukleofiloa
	gain erradikala
eliminazio erreakzioa		deshidratazioa bezalako prozesuak barne hartzen ditu eta E1, E2 edo E1cB erreakzio-mekanismoak jarraitzen dituela ikusten da
Ordezkapen erreakzioak	ordezkapen nukleofiliko alifatikoa	SN1, SN2 eta SNi erreakzio mekanismoekin
	ordezkapen aromatiko nukleofiloa
	azil ordezkapen nukleofiloa
	ordezkapen elektrofiloa
	ordezkapen aromatiko elektrofilikoa
	ordezkapen erradikala
redox erreakzio organikoak		konposatu organikoen erredox erreakzio espezifikoak dira eta oso ohikoak dira.
berrantolaketa erreakzioak	Transposizioak 1,2
	Erreakzio periziklikoak
	metatesia

Oro har, erreakzio-mekanismoen urratsez urratseko ibilbidea irudika daiteke egitura-formulak eta egitura molekularrak erabiliz, eta, horietan, gezi kurbatuak erabiltzen dira hasierako trantsizio-materialetatik bitarteko eta produktuetara elektroien mugimendua jarraitzeko.

Kanpo estekak

• Datuak: Q373406
• Multimedia: Reaction mechanisms / Q373406