Chemija · Pamoka
Elementariosios stadijos, tarpiniai produktai ir reakcijų mechanizmai
Patikrinkite, kaip siūlomos elementariosios stadijos sudaro bendrąją reakciją. Nustatykite tarpinį produktą ir paaiškinkite, kodėl tikėtina greičio lygtis vienareikšmiškai neįrodo mechanizmo.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Panaikinti tarpinius produktus nuosekliai sumuojant stadijų lygtis.
- Atskirti elementariosios stadijos greičio lygtį nuo bendrosios empirinės reakcijos greičio lygties.
- Nurodyti prielaidas, kai apytikslis reakcijos greitis išvedamas remiantis lėta pirmąja stadija.
Mechanizmas siūlo stadijų seką
Išlyginta bendroji reakcijos lygtis nusako suminį cheminį pokytį. Mechanizmas siūlo elementariąsias stadijas, kurios galėtų sukelti šį pokytį. Kiekvienoje stadijoje turi išlikti atitinkamų atomų skaičius ir krūvis, o sudėjus visas stadijų lygtis turi būti gauta bendroji reakcijos lygtis. Tikėtinas stadijų sąrašas yra tikrintina hipotezė, o ne vien lygčių išlyginimo pasekmė.
Originaliame abstrakčiame pavyzdyje tarkime, kad A ir B turi skirtingus išliekančius struktūrinius vienetus; tiek I, tiek P turi abu vienetus, o visos dalelės yra neutralios. Todėl siūlomos stadijos A + B → I ir I → P išlaiko šią sutartą sudėtį. Šie simboliai skirti mokytis apskaityti medžiagų pokyčius, o ne tikriems junginiams žymėti.
Tarpinis produktas susidaro, o vėliau sunaudojamas
Sudėjus abi stadijas, I panaikinama ir gaunama A + B → P. I yra tarpinė dalelė, nes ji susidaro kaip vienos stadijos produktas ir dalyvauja kaip kitos stadijos reagentas, tačiau bendrojoje lygtyje jos nelieka. Tai, kad šioje lygtyje jos nėra, nereiškia, kad proceso metu ji niekada neegzistuoja.
Pereinamosios būsenos konfigūracija skiriasi nuo tarpinės dalelės. Kokybiniame energijos profilyje tarpinė dalelė atitinka vietinį minimumą tarp stadijų, o energijos barjero pereinamosios būsenos sritis yra netoli maksimumo. Ar tarpinę dalelę galima aptikti, priklauso nuo jos gyvavimo trukmės, kiekio ir matavimo.
| Apskaitos eilutė | Siūlomas pokytis | I vaidmuo | Ką parodo eilutė |
|---|---|---|---|
| Stadija 1 | A + B → I | Susidaro | Siūlomas elementarusis susidūrimas |
| Stadija 2 | I → P | Sunaudojamas | Siūlomas tarpinio produkto virsmas |
| Suma | A + B → P | Susiprastina | Bendroji lygtis su nurodyta sudėtimi |
Originali abstraktaus mechanizmo apskaitos lentelė. A ir B turi skirtingus išliekančius struktūrinius vienetus; neutralūs I ir P turi abiejų rūšių vienetų. Taip užtikrinama, kad apibrėžti etapai būtų suderinti pagal sudėtį, neteigiant, kad tai tikri junginiai ar įrodytas mechanizmas.
Stadijos greičio dėsniui būtina elementariosios stadijos prielaida
Paprastos elementariosios bimolekulinės stadijos A + B → I tiesioginės reakcijos greitis gali būti k₁[A][B], kai tenkinamos veikiančiųjų masių dėsnio taikymo sąlygos. Ši priklausomybė nuo koncentracijų susijusi su nurodytu elementariuoju vyksmu. Vien perkeliant koeficientus iš bet kokios bendrosios reakcijos lygties, stebimo reakcijos greičio dėsnio nustatyti negalima.
Jei ši pirmoji stadija yra lėta, vėlesnis virsmas I → P yra pakankamai greitas, atvirkštinės reakcijos yra nereikšmingos ir I nesikaupia dideliais kiekiais, produkto susidarymo greitis gali apytiksliai atitikti k₁[A][B]. Šios prielaidos susieja stadijos greitį su stebimu bendruoju reakcijos greičiu; jos yra šio teiginio dalis.
Suderinamumas būtinas, bet nėra vienareikšmis įrodymas
Siūlomas mechanizmas turėtų atkurti ir bendrąją reakcijos lygtį, ir stebėjimų rezultatus tomis sąlygomis, kuriomis jie gauti. Sutampantis greičio dėsnis gali pagrįsti mechanizmą, tačiau neatmesti alternatyvų. Tarpinių dalelių aptikimas, izotopiniai efektai ar kiti nepriklausomi duomenys gali padėti geriau atskirti galimus mechanizmus.
Jei prieš lėtesnę stadiją vyksta grįžtamoji stadija, jos tarpinės dalelės koncentracijai pašalinti iš išraiškos gali prireikti pagrįsto išankstinės pusiausvyros arba stacionariosios būsenos artinio. Vien aukščiausia absoliučioji viršūnė brėžinyje nenusako universaliai reakcijos greitį lemiančios stadijos; barjerų aukščius reikia vertinti atitinkamų būsenų atžvilgiu ir atsižvelgti į susietų stadijų kinetiką.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Sudėkite sudėties tvermę atitinkančio mechanizmo stadijas
Naudokite abstraktų dviejų stadijų mechanizmą A + B → I; I → P, laikydami, kad nurodyti sudėtiniai vienetai išlieka. Raskite bendrąją reakcijos lygtį ir nustatykite tarpinę dalelę.
- Sudėkite abiejų stadijų reagentų sąrašus ir abiejų stadijų produktų sąrašus.
- I pasirodo po vieną kartą kiekvienoje lygties pusėje, todėl panaikinama.
- Likęs bendras pokytis yra A + B → P.
Suminė lygtis: A + B → P; I yra siūlomas tarpinis junginys. Šis balansas savaime neįrodo mechanizmo.
Pabandykite patys
Kokia yra suminė lygtis, sudėjus nurodytas stadijas A + B → I; I → P?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
A + B → P.
Panaikinkite tą patį I abiejose suminio balanso pusėse.
Jei I panaikinamas suminėje lygtyje, ar tai įrodo, kad jo niekada nebūna?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Jis gali susidaryti ir būti sunaudotas vykstant siūlomai stadijų sekai.
Kada pirmajai siūlomai stadijai pagrįsta taikyti k₁[A][B]?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Kai ji yra tinkama elementarioji bimolekulinė stadija, kuriai taikomas veikiančiųjų masių dėsnis.
Prielaida, kad stadija yra elementarioji, nėra tas pats, kas vien užrašyti suminę lygtį.
Ar vienas sutampantis empirinis reakcijos greičio dėsnis vienareikšmiškai patvirtina mechanizmą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Skirtingiems mechanizmams gali būti būdinga ta pati priklausomybė nuo koncentracijos; juos atskirti gali padėti papildomi įrodymai.
Ką verta įsidėmėti
- Mechanizmas turi išsaugoti sudėtį ir atkurti bendrąjį pokytį.
- Skirkite tarpinius produktus nuo pereinamosios būsenos konfigūracijų.
- Aiškiai nurodykite elementariųjų etapų prielaidas ir artinius.
- Suderinama reakcijos greičio lygtis suteikia pagrindo siūlomam mechanizmui, bet jo vienareikšmiškai neįrodo.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.