Cinétique chimique

Un mécanisme de réaction est le processus de compréhension de la séquence d’événements qui se produisent au niveau moléculaire au cours d’une réaction chimique. Il s’agit de l’étude de la manière dont les atomes, les ions ou les molécules individuels interagissent les uns avec les autres pour former les produits. Pour mieux comprendre ce concept, pensez-y comme si vous cuisiniez un plat complexe avec divers ingrédients. Le mécanisme de réaction est comme une recette étape par étape qui vous guide sur la façon de combiner les ingrédients pour créer le plat final.

Pour comprendre le mécanisme de réaction, comprenons d’abord les réactions élémentaires. Une réaction élémentaire implique une collision directe et une transformation de molécules, d’atomes ou d’ions individuels pour produire des produits spécifiques. Aucun intermédiaire ne se forme dans une réaction élémentaire. Un exemple de réaction élémentaire est la réaction entre l’hydrogène gazeux et le chlore gazeux. Dans cette réaction élémentaire, une molécule d’hydrogène gazeux entre en collision avec une molécule de chlore gazeux. Cette collision produit deux molécules de chlorure d'hydrogène.

Les réactions complexes sont des réactions chimiques qui impliquent plusieurs étapes ou réactions élémentaires. Les réactions élémentaires sont comme les éléments de base des réactions chimiques complexes. Imaginez une recette pour réaliser une simple couche de gâteau. Chaque étape d’ajout d’ingrédients et de mélange représente une réaction élémentaire. Maintenant, une réaction complexe est comme une série d’étapes nécessaires pour créer un gâteau fantaisie avec de nombreuses couches et décorations. Chaque réaction élémentaire de la série contribue au processus global de fabrication du gâteau fantaisie.

Prenons un exemple de la réaction qui se produit dans un moteur à combustion interne. Dans cette réaction, l'isooctane réagit avec l'oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau. À première vue, il pourrait sembler que cette réaction se produit en une seule étape. Dans cette étape unique, les vingt-cinq molécules de dioxygène et les deux molécules d’isooctane entrent en collision simultanément pour produire trente-quatre molécules du produit. Il est toutefois très peu probable que cela se produise d’un seul coup.

Il est plus raisonnable de croire que la réaction se déroule à travers une série d’étapes individuelles. Ces étapes individuelles sont appelées réactions élémentaires. Voyons cela avec un exemple simple. Deux molécules du réactif A réagissent avec une molécule du réactif B. Cela forme le produit C. Il pourrait maintenant sembler que cette réaction soit une réaction en une seule étape. Il ne s’agit cependant pas d’une réaction en une seule étape. Cette réaction se déroule en fait en deux étapes.

Dans la première étape, deux molécules du réactif A réagissent l’une avec l’autre pour former X. Dans la deuxième étape, X agit comme réactif. X réagit avec le réactif B pour former le produit C. Les réactions de première et de deuxième étape sont appelées réactions élémentaires. Ces réactions élémentaires sont les étapes de la réaction complexe.

La molécularité fait référence au nombre de molécules ou d’atomes qui participent en tant que réactifs à une réaction élémentaire. Dans une réaction élémentaire, les réactifs entrent en collision directement et se transforment en produits. La molécularité détermine le nombre de molécules ou d’atomes impliqués dans ce processus de collision. Par exemple, la molécule d’hydrogène réagit avec la molécule de brome pour former du bromure d’hydrogène. C'est une réaction élémentaire. Il s'agit de deux molécules. Ces molécules sont la molécule d'hydrogène et la molécule de brome.

Sur la base de la molécularité, nous pouvons classer les réactions en trois types. Ce sont les réactions unimoléculaires, les réactions bimoléculaires et les réactions termoléculaires. Dans une réaction unimoléculaire, une seule molécule subit une transformation pour former les produits. Ces réactions impliquent souvent la décomposition ou l’isomérisation d’une seule molécule. Par exemple, la conversion du réactif A en produit P est un exemple de réaction unimoléculaire. La molécularité de la réaction unimoléculaire est une.

Dans une réaction bimoléculaire, deux molécules entrent en collision et réagissent pour former le produit. Par exemple, le réactif A entre en collision avec le réactif B pour former le produit P. Cette réaction est une réaction bimoléculaire. Cela implique la collision de deux molécules réactives. La molécularité d'une réaction bimoléculaire est double.

Les réactions termoléculaires impliquent la collision simultanée de trois molécules pour générer le produit. Par exemple, le réactif A, le réactif B et le réactif C entrent en collision simultanément pour former le produit P. La molécularité de la réaction termoléculaire est de trois. Les réactions termoléculaires sont relativement rares. C’est parce que la probabilité que trois molécules entrent en collision simultanément est nettement plus faible.

L'ordre d'une réaction élémentaire peut être déterminé à partir de sa molécularité. Une réaction unimoléculaire est la réaction du premier ordre. Une réaction bimoléculaire est la réaction du second ordre. Une réaction termoléculaire est une réaction du troisième ordre.

Nous savons qu’une réaction complexe est constituée de plusieurs réactions élémentaires. Dans une réaction complexe, la molécularité d’une réaction élémentaire peut être différente de celle des autres. Comment pouvons-nous déterminer l’ordre d’une réaction aussi complexe ? La réponse à cette question réside dans l’étape déterminante du taux.

Différentes réactions élémentaires ont des vitesses différentes dans une réaction complexe. Certains avancent à grande vitesse. Certains avancent à vitesse réduite. La réaction élémentaire la plus lente dans une réaction complexe détermine la vitesse de réaction. Cette réaction élémentaire la plus lente est appelée étape déterminante de la vitesse.

Prenons un exemple de réaction complexe pour comprendre l’étape déterminante de la vitesse. La substitution d’un halogénure d’alkyle tertiaire par un nucléophile est un exemple de réaction complexe. Cette réaction se compose de deux étapes. Dans la première étape, le groupe partant de l’halogénure d’alkyle part. Cela entraîne la formation d’un carbocation. Dans la deuxième étape, le nucléophile attaque le carbocation. Cette attaque aboutit à la formation du produit.

Ces deux étapes sont également appelées étapes élémentaires. Dans cette réaction, la première étape élémentaire est la plus lente. La première étape détermine la vitesse de réaction. La molécularité de la première réaction élémentaire est un. C'est une réaction unimoléculaire. Cela montre qu’il s’agit d’une réaction du premier ordre.