Mecanisme de reacció

Figura 1 Superfície d'energia potencial que va utilisar Henry Eyring per a estudiar la reacció del Àcit bromhídrico, HBr. L'altura representa l'energia del sistema en una determinada configuració.

En química un mecanisme de reacció és un postulat teòric que intenta explicar de manera llògica com és la seqüència de reacció(és) elemental(és) i intermediaris que succeïxen en una reacció química.

L'informació que proveee el mecanisme de reacció permet explicar les característiques qualitatives (desenroll de color, aparició de precipitats, etc.) i quantitatives (una de les més importants la velocitat de reacció) observades en el seu desenroll. El mecanisme deu soportar-se en les senyes experimentals reportades per a la reacció estudiada com els intermediaris, complex(s) activat(s) i/o espècies aïllats en el treball experimental; l'energia involucrada en cada pas propost (que determina la velocitat de reacció), canvis de fase, els efectes induïts pel catalisador (si és que es adiciona algun), els productes obtinguts, el rendiment de la reacció, l'estereoquímica dels productes, entre uns atres.

Les reaccions elementals poden estudiar-se a partir del canvi de l'energia potencial en les molècules involucrades mentres s'aproximen entre sí, el primer estudi d'este tipo va ser realisat per Henry Eyring i va ser la base per al desenroll de la dinàmica química. Basats en càlculs de física quàntica Eyring va realisar una superfície a on es representa el canvi de coordenades internes (distància d'aproximació entre els àtoms de les molècules) vs energia potencial. Totes les possibles configuracions que puguen aplegar a ocórrer en el sistema es troben allí, la dissociació de les molècules en àtoms el "rompimiento" i la "formació" de nous enllaços i la formació de qualsevol tipo d'Intermediari o espècie química. Existixen dos zones especialment importants que permeten caracterisar la velocitat de les reacció(és) elemental(és) una és coneguda com a vall de potencial i és a on es troben les espècies estables i una atra com punt de cadira a on trobem l'estat de transició. Una reacció química és llavors un procés a on les molècules passen des d'una vall de potencial a un atre, por intermedio de un estat de transició i continuarà fins que es formen els productes observats i/o l'entropía del sistema siga la màxima que puga obtindre's en les condicions que es realisa. Els mecanismes de reacció són postulats teòrics sobre la superfície d'energia potencial i la ruta que seguix una reacció química, i poden "demostrar-se" basats en les característiques quantitatives i qualitatives observades experimentalment, generalment la més important de totes és la velocitat de reacció.

Figura 2 Punt de cadira en la superfície potencial a on es troba la configuració de l'estat de transició.

Conceptes bàsics

Des d'un punt de vista termodinàmic, una equació química, els reactius que són l'estat inicial i els productes l'estat final, hi ha una variació d'energia lliure. L'energia lliure deu ser negativa ya que serà una reacció espontànea, és dir, que la reacció podrà portar-se a terme sense cap impediment termodinàmic.

Per a fer més fàcil l'explicació serà millor fer-la en un eixemple:

$\mathrm{A}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}\mathrm{⟶}\mathrm{A}\mathrm{B}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)},\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}{\Delta }_{\mathrm{r}}G<0$

Per a fer l'enllaç A-B, els reactius es tenen que tallar les distàncies, pero açò aumenta la força de repulsió dels electrons. Per a evitar esta repulsió, els reactius tindran que acostar-se en suficient energia cinètica. Per damunt d'esta energia, les molèculas A i B formen enllaços i al mateix temps, les molècules B i C estan trencant el seu. En este moment hi ha un complex format per a, B i C, cridat complex activat. Al final tots els enllaços del B i C seran trencats i els enllaços A i B seran formats, és dir, els productes.

També cal fer menció de la energia d'activació , que és la diferència entre l'energia dels reactius i la del complex activat. Es pot considerar com una barrera energètica per la que deuen passar els reactius per a passar a ser productes.

Intermijos de reacció

Els intermijos de reacció són espècies químiques, a sovint inestables i de vida curta (encara que a voltes poden aïllar-se), que no són reactants ni productes de la reacció química global, sino productes i/o reactants que apareixen temporalment durant els passos de reacció del mecanisme. Els intermijos de la reacció solen ser radicals lliures o ions.

La cinètica (velocitats relatives dels passos de reacció i l'equació de velocitat per a la reacció global) s'explica en térmens de l'energia necessària per a la conversió dels reactants als estats de transició proposts (estats moleculars que corresponen als màxims en les coordenades de reacció i a punts d'equilibri en la superfície d'energia potencial per a la reacció).