Елементарна реакција

Елементарна реакција претставува хемиска реакција во која една или повеќе единки (атоми, молекули, јони или радикали) преоѓаат во продукти во само еден (елементарен) чекор и во само една преодна состојба.^[1] Во принцип, елементарните реакции претставуваат квант на хемиската претворба.

Според пошироката дефиниција, за елементарна реакција се смета секоја промена на молекуларно ниво која е реализирана како единствен настан.^[2] Според оваа дефиниција, можат да се разграничат два вида на елементарни промени:

• Елементарни физички реакции, кои ги опфаќаат нееластичните судири меѓу честичките на реактантите, при што, освен промените на релативните брзини на честичките, доаѓа и до промена во внатрешната квантна состојба на барем една честичка. При овие реакции не доаѓа до промена на составот на реакционата смеса.
• Елементарни хемиски реакции, кои ги опфаќаат сите судири меѓу честичките на реактантите, при што доаѓа до промена на молекуларната структура, енергијата и составот.

Кинетичка класификација

Во хемиската кинетика, неповратните елементарни реакции се класифицираат според критериумот молекуларност, кој во 1884 го дефинирал Вант Хоф. Молекуларноста претставува број на честички од реактантите кои учествуваат во самиот акт на набљудуваната елементарна реакција.^[3]

• Мономолекуларна елементарна реакција (m = 1) е, на пример, дисоцијацијата или изомеризацијата на некоја молекула А, при што се создаваат еден или повеќе продукти:

${\displaystyle {\mbox{A}}\rightarrow {\mbox{produkti}}}$

Брзината на оваа реакција, при постојана температура, е пропорционална со концентрацијата на единката А:

${\displaystyle {\frac {d[{\mbox{A}}]}{dt}}=-k[{\mbox{A}}]}$

• При бимолекуларна елементарна реакција (m = 2), два атома, молекули, јони или радикали А и В реагираат во еден чекор, образувајќи продукти:

${\displaystyle {\mbox{A + B}}\rightarrow {\mbox{produkti}}}$

Брзината на оваа реакција, при постојана температура, е пропорционална со производот од концентрациите на единките А и В.

${\displaystyle {\frac {d[{\mbox{A}}]}{dt}}={\frac {d[{\mbox{B}}]}{dt}}=-k[{\mbox{A}}][{\mbox{B}}]}$

Овој израз за брзина може да се изведе со помош на теоријата на судири. Изразот за брзината на елементарната бимолекуларна реакција се однесува и на законот за дејството на масата, кој го поставиле Гулдберг и Ваге во 1864 година. Пример за овој тип на реакција е реакцијата на циклоадиција.

• Тримолекуларна елементарна реакција (m = 3) е симултана реакција на три хемиски единки. Веројатноста дека трите единки ќе реализираат поволено заемодејство (т.е. судир) во истиот момент е мала, па затоа овие реакции се ретки.

Вант Хофовиот критериум за молекуларност овозможува дефинирање на општите стехиометриски равенки на елементарните реакции, кои не зависат од квалитетот на хемиската промена или одликите на средината во која тие се одвиваат.

Хемиска класификација

Постојат различни хемиски реакции при кои вкупната хемиска претворба, која ја предвидува стехиометриската равенка, може да се одвива во еден чекор. Врз основа на видот на хемиските промени до кои се доаѓа во елементарните реакции, тие се делат на:

• Реакции на изомеризација, како геометриската изомеризација на цис-2-бутен во транс-2-бутен.
• Реакција на просто разложување
• Реакции на асоцијација
• Реакции на измена
• Реакција на дисоцијација
• Реакција на рекомбинација на атомите

Секоја хемиска реакција може да се раздели на неколку елементарни реакции. Доаѓањето до изразот за вкупната брзина на некои вообичаени реакции не е секогаш можно, но постојат погодни начини за нејзино анализирање, како на пример со апроксимација за стационарната состојба или Микелис-Ментенова кинетика за рекациите катализирани од ензими.

Наводи

1. „IUPAC Gold Book definition of elementary reaction“ (PDF). Архивирано од изворникот (PDF) на 2007-06-09. Посетено на 2009-09-17.
2. Darko Šepa, Osnovi hemijske kinetike, Akademska misao, Beograd, 2001
3. J.H. Van't Hoff, Études de dynamique chimique, F. Muller, Amsterdam, 1884