非素反応は、多数の素反応ステップによって説明できます。素反応が複雑な反応に発展します。反応メカニズムは、複雑な反応の素段階を予測する一連の素反応で構成されます。 2 つの反応の反応座標を以下に示します。 1 つ目は素反応ですが、2 つ目は非素反応です。
さまざまな種類の素反応
反応に関与する反応物粒子の数は、その分子性と呼ばれます。離散的な数の粒子しか存在できないため、分子量は整数値でなければなりません。分子性には、単分子、二分子、三分子の 3 種類があります。 4 つ以上の分子が関与する素反応は発見されていません。
単分子反応
分子がそれ自体を再構成して 1 つまたは複数の生成物を生成するとき、それは単分子反応と呼ばれます。放射性崩壊はその一例で、原子から粒子が放出されます。シス-トランス異性化、熱分解、開環、およびラセミ化は、いくつかのさらなる例です。物質の分解速度は、その濃度に比例します。 Frederick Alexander Lindemann が Lindemann メカニズムで説明したように、単分子反応はしばしば一次反応です。
二分子反応
2 つの粒子が衝突すると、2 分子反応が発生します。求核置換などの有機反応は、しばしば二分子反応を伴います。二分子反応は、関係する各種の濃度の積によってその速度が決まるため、二次反応です。
三分子反応
3 分子反応には、3 つの粒子が同時に同じ場所で衝突することが必要です。このタイプの反応は、反応を開始するために、十分なエネルギーと正しい方向で、3 つの反応物すべてが同時に接触する必要があるため、非常にまれです。 3 種類の 3 分子反応があり、そのすべてが 3 次反応です。
素反応の分子性と速度法則 [1-4]
素反応における反応物の数は、反応の分子量として知られています。これは、素反応の分類方法を決定する要因です。たとえば、以下の反応には 2 つの HI 分子が含まれます。その結果、その分子量は 2 です。
2HI-H2+I2
素反応の速度規則は、反応速度と反応物の濃度との間のリンクを確立します。バランスの取れた方程式では、反応物の濃度と化学量論係数で表すことができます。反応物の前の数字は化学量論係数です。たとえば、rate =k[HI]2 は上記の式のレート法則です。ヨウ化水素の濃度は[HI]で表されます。
化学反応の順序は、反応分子の数によって決定できます。これは、反応物の化学量論係数をすべて加算して計算されます。総反応次数は、素反応の分子量と常に等しくなります。上記の方程式に戻ると、反応には 2 つの HI 分子が関与するため、次数は 2 です。その結果、HI の分解は二次的な反応です。
素反応と非素反応
中間体なしで、反応物は素反応で直接生成物を生成します。一方、プロセス中間体は、非素反応または複雑な反応で最終生成物を形成します。 2 つ以上の素反応が結合すると、非素反応が形成されます。
非素反応の例は次のとおりです:
2 つのプロセスで、二酸化窒素 (NO2) がフッ素 (F2) と結合してフッ化ニトリル (NO2F) を形成します。
ステップ 1:NO2 +F2 -[NO2F]*(遅い)
ステップ 2:[NO2+F ](高速)
一般的なコンセンサスは次のとおりです:
2NO2F =2NO2 + F2
この場合、中間体は [NO2+ F]* です。 []* という記号で表されます。これは、中間体が不安定で短命であることを意味します
結論
反応メカニズムは、反応の過程で反応物が生成物に変化する一連の別個のステップ、または素反応です。速度決定ステップとして知られる最も遅いステップの速度は、応答の合計ペースを決定します。一次速度法則は単分子素反応を支配し、二次速度法則は二分子素反応を支配します。応答メカニズムから計算された速度法則は、実験的に観察された速度法則と比較して、メカニズムが有効であるか信頼できるかを判断できます。
