Reaksiyon Mekanizmaları ve Temel Adımlar
Reaksiyon mekanizması, reaktanların ürünlere dönüştüğü temel moleküler adımların dizisini ifade etmektedir; kinetik ise önerilen mekanizmaları gözlemlenen hızlarla karşılaştırarak test etmek için gerekli araçları sunmaktadır.
Tanım
Reaksiyon mekanizması, reaktanları ürünlere bağlayan temel reaksiyonların ve ara ürünlerin, deneysel olarak gözlemlenen hız yasası ve stokiyometri ile tutarlı, ayrıntılı, adım adım bir açıklamasını sunmaktadır.
Kapsam
Bu konu, reaksiyon mekanizmalarının oluşturulmasını ve test edilmesini kapsamaktadır: temel adımlar ve moleküleriteleri, reaktif ara ürünler, hız belirleyici adım ve adımların genel reaksiyonlara zincirlenmesi. Mekanizmalardan hız yasalarını türetmek için kullanılan yaklaşımları, reaktif ara ürünler için kararlı hal yaklaşımı (steady-state approximation) ve ön denge yaklaşımı (pre-equilibrium approximation) dahil olmak üzere geliştirmekte ve bunları zincir reaksiyonlara, tek moleküllü reaksiyonlar için Lindemann-Hinshelwood şemasına ve enzim ile yüzey katalizine uygulamaktadır. Ampirik hız yasasının kendisi ve tek adımlı hız sabitleri kuramı başka yerlerde incelenmektedir.
Temel sorular
- Temel bir adımı genel bir reaksiyondan ayıran nedir?
- Kararlı hal yaklaşımı, önerilen bir mekanizmadan hız yasasını nasıl türetmektedir?
- Hız belirleyici adım, genel reaksiyon hızını nasıl kontrol etmektedir?
- Zincir reaksiyonlar ve tek moleküllü bozunmalar mekanistik olarak nasıl açıklanmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Temel adım ve molekülerite
- Reaktif ara ürünler
- Hız belirleyici adım
- Kararlı hal ve ön denge yaklaşımları
- Zincir reaksiyonlar ve Lindemann mekanizması
Temel kuramlar
- Kararlı hal yaklaşımı
- Reaktif bir ara ürün, oluştuğu kadar hızlı tüketildiğinde, konsantrasyonu neredeyse sabit kabul edilebilir; bu durum, genel hız yasasını temel adımlardan türetmek için kinetik denklemlerden çıkarılmasına olanak tanımaktadır.
- Tek moleküllü reaksiyonlar için Lindemann-Hinshelwood mekanizması
- Görünüşte tek moleküllü reaksiyonlar, çift moleküllü çarpışmalı aktivasyon ve ardından tek moleküllü bozunma ile ilerlemektedir; bu durum, basınç azaldıkça etkili derecelerinin birinci dereceden ikinci dereceye doğru neden düştüğünü açıklamaktadır.
Klinik önem
Mekanistik anlayış, katalizörlerin ve sentetik yolların rasyonel tasarımına, istenmeyen yan reaksiyonların bastırılmasına, ozon yıkımı gibi yanma ve atmosfer kimyasının yorumlanmasına ve enzim katalizi ile ilaç metabolizmasının analizine rehberlik etmektedir.
Tarihçe
Bodenstein, 1913 civarında kararlı hal fikrini ve zincir reaksiyonlar kavramını tanıtmıştır; Lindemann'ın 1922'deki önerisi tek moleküllü kinetiği açıklamış, Semenov ve Hinshelwood'un 1920'ler ve 1930'lardaki zincir reaksiyon kuramı ise dallanma ve patlayıcı reaksiyonların mekanistik analizini sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Frederick Lindemann
- Cyril Norman Hinshelwood
- Max Bodenstein
İlgili konular
Temel eserler
- atkins2018
- laidler1987
Sıkça sorulan sorular
- Deneyler bir reaksiyon mekanizmasının doğru olduğunu kanıtlayabilir mi?
- Hayır. Kinetik, yanlış hız yasasını öngördüğünde mekanizmaları eleyebilir ve hız verileri, ara ürün tespiti ve izotop etkileri ile tutarlılık güven oluşturur, ancak bir mekanizma her zaman daha iyi kanıtlarla geliştirilebilecek veya değiştirilebilecek bir model olarak kalmaktadır.
- Molekülerite ile derece (order) arasındaki fark nedir?
- Molekülerite, tek bir temel adımda çarpışan türlerin sayısını sayar ve her zaman küçük bir tam sayıdır; oysa derece, genel hız yasasındaki konsantrasyonun ampirik üssüdür ve tüm çok adımlı bir mekanizmayı yansıttığı için kesirli veya sıfır olabilir.