5.1: Хімічна кінетика

Механізм реакції описує послідовність кроків створення зв'язків, розриву зв'язків та внутрішньомолекулярної перебудови, що призводить до загальної хімічної зміни. Ці окремі етапи називаються елементарною реакцією s або елементарним процесом es. В елементарній реакції не утворюється жодного проміжного виду; тобто жоден з розташування атомів, що виникають під час елементарної реакції, не має життя більше, ніж тривалість молекулярної вібрації, яка зазвичай становить від\({\mathrm{10}}^{\mathrm{-12}}\) до\({\mathrm{10}}^{\mathrm{-14}}\) секунд. Розгортаємо цей пункт в розділі 5.6.

Ми можемо виділити два рівні деталізації механізму хімічної реакції: Перший - це серія елементарних процесів, що відбуваються для даної чистої реакції. Це називається стехіометричним механізмом. Часто також можна зробити висновок про відносні положення всіх атомів під час реакції. Такого роду модель називають інтимним механізмом або деталізованим механізмом.

Закон швидкості - це рівняння, яке описує, як спостережувана швидкість реакції залежить від концентрацій видів, що беруть участь в реакції. Цю концентраційну залежність можна визначити експериментальним шляхом. Ми побачимо, що будь-яка серія елементарних реакцій пророкує залежність швидкостей реакції від концентрацій, тому одним з перших випробувань запропонованого механізму є те, що він відповідає закону швидкості, який дотримується експериментально. (Якщо загальна реакція протікає в більш ніж один етап і концентрація проміжного виду стає значною, нам може знадобитися більше одного рівняння, щоб адекватно описати швидкості всіх реакцій, що відбуваються.)

Закон швидкості відіграє центральну роль у нашому вивченні швидкостей та механізмів реакції. Виводимо закон норми з експериментальних вимірювань. Треба вміти довести, що закон експериментальної ставки відповідає будь-якому запропонованому нами механізму. Закон швидкості, який ми виводимо з експериментальних даних про швидкість, є експериментальним фактом. Наш гіпотезований механізм - це теорія. Ми можемо розважити думку про те, що теорія може бути дійсною лише до тих пір, поки її прогнози щодо закону ставок узгоджуються з експериментальним результатом. Ми можемо передбачити закони швидкості для елементарних процесів досить простими аргументами. Для механізму, що включає низку елементарних процесів, ми часто можемо передбачити закони ставок, роблячи спрощення припущень. Коли спрощення припущень є недостатнім, ми можемо використовувати числове інтегрування для перевірки узгодження між запропонованим механізмом і експериментальними спостереженнями залежності швидкості реакції від концентрацій видів, що беруть участь в реакції. Ми побачимо, що даний експериментальний закон ставки може відповідати будь-якому з декількох механізмів. У таких випадках ми повинні розробити додаткову інформацію, щоб дискримінувати декілька механізмів.