Mecanismu de reaición

Un mecanismu de reacción ye un postuláu teóricu qu'intenta esplicar cuálos son les reacción(ye) elemental(ye) ya intermediarios qu'asoceden nuna reacción química y que dexen esplicar les carauterístiques cualitatives (desenvolvimientu de color, apaición de precipitaos, etc.) y cuantitatives (una de les más importantes la velocidá de reacción) reparaes nel so desenvolvimientu. El mecanismu tien de soportase nos datos esperimentales reportaos pa la reacción estudiada como los intermediario, complexu(s) activáu(s) y/o especies aisllaos nel trabayu esperimental; la enerxía arreyada en cada pasu propuestu (que determina la velocidá de reacción), cambeos de fase, los efeutos inducíos pol catalizador (sí ye que s'amiesta dalgunu), los productos llograos, el rendimientu de la reacción, la estereoquímica de los productos, etc.

Figura 1 Superficie d'enerxía potencial qu'utilizo Eyring pa estudiar la reacción del HBr . L'altor representa la enerxía del sistema nuna determinada configuración.

Les reacciones elementales pueden estudiase a partir del cambéu de la enerxía potencial nes molécules arreyaes mientres s'averen ente sigo, el primer estudiu d'esti tipu foi realizáu por Henry Eyring y foi la base pal desenvolvimientu de la dinámica química. Basaos en cálculos de física cuántica Eyring realizó una superficie onde se representa'l cambéu de coordenaes internes (distancia d'aproximamientu ente los átomos de les molécules) vs enerxía potencial. Toles posibles configuraciones que puedan llegar a asoceder nel sistema atópense ellí, la disociación de les molécules n'átomos el "rompimientu" y la "formación" de nuevos enllaces y la formación de cualquier tipu d'Intermediario o especie química. Esisten dos zones especialmente importantes que dexen carauterizar la velocidá de les reacción(ye) elemental(ye) una ye conocida como valle de potencial y ye onde s'atopen les especies estables y otra como puntu de siella onde atopamos l'estáu de transición. Una reacción química ye entós un procesu onde les molécules pasen dende un valle de potencial a otru, por entemediu d'un estáu de transición y va siguir hasta que se formen los productos reparaos y/o la entropía del sistema sía la máxima que pueda llograse nes condiciones que se realiza. Los mecanismos de reacción son postulaos teóricos sobre la superficie d'enerxía potencial y la ruta que sigue una reacción química, y pueden "demostrase" basaos nes carauterístiques cuantitativu y cualitativu reparaes esperimentalmente, xeneralmente la más importante de toes ye la velocidá de reacción.

Conceutos básicos

Dende un puntu de vista termodinámicu, una ecuación química, los reactivos que son l'estáu inicial y los productos l'estáu final, hai una variación d'enerxía llibre. La enerxía llibre ten de ser negativa yá que va ser una reacción bonal, esto ye, que la reacción va poder llevase a cabu ensin nenguna torga termodinámica.

Pa faer más fácil la esplicación va ser meyor faela con un exemplu:

$A_{(g)}+BC_{(g)}\longrightarrow AB_{(g)}+C_{(g)}$ ∆G'= -

Pa faer l'enllaz A-B, los reactivos tiénense que cortar les distancies, pero esto aumenta la fuercia de repulsión de los electrones. Pa evitar esta repulsión, los reactivos van tener qu'averase con suficiente enerxía cinética. Percima d'esta enerxía, les molécules A y B formen enllaces y al empar, les molécules B y C tán rompiendo'l suyu. Nesti momentu hai un complexu formáu por A, B y C, llamáu complexu activáu. A la fin tolos enllaces del B y C van ser rotos y los enllaces A y B van ser formaos, esto ye, los productos.

Tamién hai que faer mención de la enerxía d'activación , que ye la diferencia ente la enerxía de los reactivos y la del complexu activáu. Puede considerase como una barrera enerxética pola que tienen de pasar los reactivos pa pasar a ser productos.

Tipos

Reacciones elementales o alcordaes

La Llei de velocidá dexa carauterizar un mecanismu de reacción nUna reacción elemental trescurre en solo una etapa. Esta reacción producir con una formación d'un solu complexu activáu y solo tien que superar una barrera enerxética. Representar nuna sola ecuación química.

Esisten 3 tipos de reacciones elementales, que son:

Combinación: A+B → AB
Descomposición: AB → A+B
Desplazamientu: AB+C → AC+B

Reacciones complexes

Una reacción complexa trescurre en 2 o más etapes, con formación de intermediario. Tamién podemos dicir que ye un conxuntu de reacciones elementales, onde hai más d'una formación de complexos activaos distintos y supera distintes barreres enerxétiques. Espresar en delles ecuaciones químiques o nuna global. Na ecuación química global, represéntase l'estáu inicial y l'estáu final del global de les reacciones, pero nun presenta como trescurrió la reacción.

Los intermediarios son molécules qu'apaecen nel mecanismu de la reacción, pero non na ecuación inicial.

Molecularidad

La molecularidad ye un conceutu bastante preséu pa poder determinar cómo ye l'estáu de transición y cuanta enerxía precisar pa llegar a él. Yá que les velocidaes de reacción nun primer aproximamientu dependen namái del pasu lentu, defínese como'l numbero de molécules arreyaes nel estáu de transición de la reacción elemental más lenta:

Unimoleculares: Solo participa una molécula.

Bimoleculares: Participen 2 molécules.

Trimoleculares: Participen 3 molécules

La molecularidad puede llograse esperimentalmente como'l orde de reacción na llei de velocidá. N'ocasiones esisten ordenes de reacción fraccionarios, porque'l reactivu amestáu nun reacciona direutamente sinón facer un intermediariu que ta n'equilibriu con este o si esiste más d'una reacción elemental "lenta" (nestos casos ordenar de reacción nun pueden interpretase como la molecularidad). Teniendo en cuenta que les molécules d'una sustancia atopar nuna distribución de Boltzmann ye bien improbable estadisticamente que topeten cuatro molécules coles mesmes por eso nun esisten reacciones tetramoleculares.

Exemplu de mecanismu

Como exemplu consideramos la reacción global ente l'óxidu nítrico y el osíxenu:

$2\ NON_{(g)}+{O_{2}}_{(g)}\longrightarrow 2\ {NON_{2}}_{(g)}$

Sábese que los productos nun se formen direutamente como resultáu del choque de dos molécules NON con una molécula de O₂ porque s'atopó la especie N₂O₂ mientres el cursu de la reacción. Un mecanismu posible ye suponer que la reacción llevar a cabu en dos etapes o reacciones elementales como les siguientes:

$2\ NON_{(g)}\longrightarrow {N_{2}O_{2}}_{(g)}$ primer etapa

${N_{2}O_{2}}_{(g)}+{O_{2}}_{(g)}\longrightarrow 2\ {NON_{2}}_{(g)}$ segunda etapa

Na primer etapa dos molécules de NON topeten pa formar una molécula de N₂O₂; ye una reacción bimolecular. Dempués, sigue una reacción, ente'l N₂O₂ y el O₂ pa formar dos molécules de NON₂; ye una reacción bimolecular. La ecuación química global, que representa'l cambéu total, puede interpretase como la suma d'estos dos etapes.

Les especies como'l N₂O₂ ye'l intermediariu de la reacción.

Reacciones orgániques pol so mecanismu

En química orgánica cada reacción tien un mecanismu de reacción por pasos qu'esplica cómo asocede, anque non siempres ye clara una descripción detallada a partir namái d'una llista de reactantes. Les reacciones orgániques pueden ser entamaes en dellos tipos básicos. Delles reacciones encaxen en más d'una categoría. Por casu, delles reacciones de sustitución siguen una trayeutoria de adición-eliminación. Esta apreciación xeneral nun pretende incluyir cada reacción orgánica individual. Otra manera, namái pretende cubrir les reacciones básiques.

Tipu de reacción	Subtipo	Comentariu
Reacciones de adición	adición electrofílica	inclúi reacciones tales como la halogenación, hidrohalogenación y hidratación.
	adición nucleofílica
	adición radicalaria
Reacción d'eliminación		inclúi procesos tales como la deshidratación, y reparar que siguen mecanismos de reacción Y1, Y2, o Y1cB
Reacciones de sustitución	sustitución nucleofílica alifática	con mecanismos de reacción S_N1, S_N2 y S_Ni
	sustitución nucleofílica arumosa
	sustitución nucleofílica acílica
	sustitución electrofílica
	sustitución electrofílica arumosa
	sustitución radicalaria
reacciones orgániques redox		son reacciones redox específiques de los compuestos orgánicos y son bien comunes.
Reacciones de transposición	Transposiciones 1,2
	Reacciones pericíclicas
	metátesis

Polo xeneral, el cursu paso a pasu de los mecanismos de reacción puede ser representáu usando formules estructurales y estructures moleculares, nes que s'usen fleches curvadas pa siguir el movimientu de los electrones como materiales de transición iniciales, hasta los intermediarios y productos.

Mecanismu de reacción de la hidrólisis de ATP