Cơ chế phản ứng tổng hợp

Nhiều vật chứng khác nhau được sử dụng để xác lập xem phản ứng có xảy ra trong nhiều bước hay không. Giả sử rằng phương trình động học của phản ứng không tương ứng với phương trình cân đối của phản ứng. Một ví dụ đơn thuần là phản ứng giữa hiđro và iot clorua, với sự tạo thành iot và hiđro clorua : H 2 + 2IC l → I 2 + 2HC l .

Đọc thêm về chủ đề này

phản ứng trao đổi ion : Động học trao đổi ion
Nói chung, quy trình trao đổi ion diễn ra nhanh gọn. Không có link cặp electron nào cần bị phá vỡ, và vận tốc của quy trình này chỉ bị số lượng giới hạn bởi vận tốc …
Để triển khai cân đối phương trình, phản ứng phải được viết như hình vẽ, trong đó hai phân tử iot clorua phản ứng với một phân tử hiđro. Nếu phản ứng này xảy ra trong một bước cơ bản, vận tốc sẽ tỷ suất với lũy thừa tiên phong của nồng độ hydro và bình phương của nồng độ iot clorua. Tuy nhiên, thay vào đó, vận tốc được tìm thấy tỷ suất với cả hai nồng độ với lũy thừa thứ nhất, do đó nó là phản ứng bậc hai : v = k [ H 2 ] [ ICl ]. Điều này hoàn toàn có thể được lý giải nếu khởi đầu có một phản ứng chậm giữa một phân tử hydro và một trong số iot clorua : H 2 + ICl → HI + HCl ( chậm ) tiếp theo là một phản ứng nhanh gọn giữa hiđro iotua được tạo thành và một phân tử bổ trợ của iot clorua : HI + ICl → HCl + I 2 ( nhanh ) .
Nếu phản ứng thứ hai diễn ra nhanh, thì hiđro iotua bị vô hiệu nhanh như khi nó được hình thành. Do đó, vận tốc của phản ứng thứ hai không tác động ảnh hưởng đến vận tốc chung, là vận tốc của bước tiên phong. Do đó, chính sách này lý giải hành vi động học nhưng không chứng tỏ được điều đó ; những kế hoạch khác, phức tạp hơn hoàn toàn có thể được nghĩ ra, nhưng, cho đến khi có thêm dẫn chứng, cần đồng ý chính sách đơn thuần. Đây là một ví dụ về mộtphản ứng liên tục, xảy ra theo hai bước, với chất trung gian đóng vai trò .
Một dẫn chứng khác cho chính sách tổng hợp là việc phát hiện chất trung gian phản ứng. Trong trường hợp này, một sơ đồ phản ứng phải được thiết lập để xử lý những chất trung gian này. Đôi khi chất trung gian hoàn toàn có thể là một chất khá không thay đổi. Trong những trường hợp khác, những chất trung gian là những loại không không thay đổi như nguyên tử và gốc tự do ( những mảnh phân tử ) mà sau đó sẽ trải qua những phản ứng nhanh. Các gốc tự do hoàn toàn có thể được phát hiện bằng quang phổ và những phương tiện đi lại khác. Khi những phân tử hữu cơ được nâng lên đến nhiệt độ cao, chúng sẽ bị phân hủy thành những phân tử nhỏ hơn, và những gốc tự do hữu cơ thường được phát hiện là chất trung gian. Trong một vụ nổ, ví dụ điển hình như giữa hydro và oxy, những gốc tự do như hydroxyl hoàn toàn có thể được phát hiện .

Các cơ chế phản ứng tổng hợp có nhiều loại. Ngoài các sơ đồ liên tiếp đơn giản, có một số cơ chế đặc biệt làm phát sinh hành vi dao động: lượng sản phẩm liên tục tăng và giảm trong một khoảng thời gian. Điều kiện cho hành vi này là phải có ít nhất hai loài tham gia phản ứng và phải có phản hồi, nghĩa là sản phẩm của phản ứng ảnh hưởng đến tốc độ. Ngoài ra còn có các cơ chế phản ứng làm phát sinh những gì về mặt kỹ thuật được gọi là hỗn loạn, hoặc thảm họa. Với những phản ứng như vậy không thể đoán trước được kết quả. Điều kiện ngoại lai cũng yêu cầu phải có phản hồi và ít nhất ba loài tham gia.

Đôi khi một chính sách phản ứng phức tạp tương quan đến một chu kỳ luân hồi phản ứng sao cho một số ít chất trung gian nhất định được tiêu thụ trong một bước được tái sinh trong một bước khác. Ví dụ, chính sách được gật đầu của phản ứng giữa hydro và brom, hoàn toàn có thể được viết là H 2 + Br 2 → 2HB r, gồm có những bước Br + H 2 → HBr + H H + Br 2 → HBr + Br .
Trong bước tiên phong của những bước này, một nguyên tử brom được tiêu thụ, nhưng trong bước thứ hai, một nguyên tử brom được tái sinh. Do đó, cặp phản ứng này hoàn toàn có thể xảy ra với việc tạo ra hai phân tử hydro bromua, mẫu sản phẩm của phản ứng, mà không làm mất nguyên tử brom. Cặp phản ứng này được gọi làchu kỳ của những phản ứng, và nó hoàn toàn có thể xảy ra một số ít lần, trong trường hợp đó, phản ứng được gọi là phản ứng dây chuyền sản xuất. Hai phản ứng trong đó brom được tái sinh được gọi làcác bước Viral chuỗi. Số lần trung bình một cặp bước được lặp lại được gọi làchiều dài chuỗi .
Một điều kiện kèm theo thiết yếu để một chính sách phản ứng được đề xuất kiến nghị là đúng là nó phải tính đến đặc tính động học tổng thể và toàn diện của phản ứng — đơn cử là sự nhờ vào của vận tốc phản ứng vào nồng độ chất phản ứng. Đối với bất kể chính sách phản ứng nào được đề xuất kiến nghị, hoàn toàn có thể viết những phương trình cho vận tốc của từng bước về nồng độ chất phản ứng và sau đó giải những phương trình cho vận tốc tổng thể và toàn diện. Một khó khăn vất vả trong thực tiễn phát sinh, vì không có giải pháp toán học đúng mực là hoàn toàn có thể cho tổng thể ngoại trừ chính sách đơn thuần nhất. Nếu một trong những giá trị của hằng số vận tốc, thì hoàn toàn có thể thu được những giải pháp bằng máy tính, nhưng những phương trình vận tốc rõ ràng phân phối cái nhìn thâm thúy hơn về những phản ứng. Do đó, người ta tìm kiếm những nghiệm gần đúng của phương trình. Một trong số đó được cung ứng bởi giải quyết và xử lý ở trạng thái không thay đổi, hoàn toàn có thể vận dụng nếu ( và chỉ khi ) chất trung gian là những loài chỉ có thể hiện hữu ở nồng độ thấp. Nếu điều kiện kèm theo này được thỏa mãn nhu cầu bởi chất trung gian, thì vận tốc biến hóa nồng độ của nó trong quy trình phản ứng luôn nhỏ và, như một phép gần đúng tốt, hoàn toàn có thể được giả định là 0, có nghĩa là chất trung gian sống sót ở trạng thái không thay đổi. Sự xê dịch này hoàn toàn có thể được vận dụng một cách bảo đảm an toàn cho những nguyên tử và gốc tự do xuất hiện như là chất trung gian phản ứng. Với sự gần đúng này, thường hoàn toàn có thể thu được một phương trình gần đúng đáng đáng tin cậy cho vận tốc phản ứng tổng thể và toàn diện về nồng độ chất phản ứng. Nếu điều này đồng ý chấp thuận với hành vi thử nghiệm, chính sách được gật đầu .

Một tình huống mà phương pháp điều trị ở trạng thái ổn định không áp dụng là khi phản ứng là một vụ nổ. Vụ nổ xảy ra do nồng độ của các chất trung gian không duy trì ổn định trong quá trình phản ứng mà tăng lên một giá trị cao khiến phản ứng mất kiểm soát. Điều này xảy ra nếu cơ chế phản ứng liên quan đến một loại chuỗi đặc biệt được gọi là chuỗi phân nhánh. Ví dụ, trong vụ nổ hydro-oxy, phản ứng sau được biết là xảy ra: H + O 2 → OH + O. Trong bước này, một nguyên tử hydro chuỗi đơn đã tạo ra hai hạt tải điện: một nhóm hydroxyl và một nguyên tử oxy. Số lượng chất mang chuỗi tăng lên nhanh chóng và dẫn đến bùng nổ.

Source: http://wp.ftn61.com
Category: Hỏi Đáp