反应机理

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在化学中,反应机理是发生整体化学变化的基本反应的逐步序列。 化学机理是一种理论猜想,它试图详细描述在整个化学反应的每个阶段发生了什么。在大多数情况下,无法观察到反应的详细步骤。选择推测的机制是因为它在热力学上是可行的,并且在分离的中间体(见下一节)或反应的其他定量和定性特征方面有实验支持。它还描述了每个反应性中间体、活化复合物和过渡态,以及哪些键断裂(以及以何种顺序),以及哪些键形成(以及以何种顺...

反应机理

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在化学中,反应机理是发生整体化学变化的基本反应的逐步序列。

化学机理是一种理论猜想,它试图详细描述在整个化学反应的每个阶段发生了什么。 在大多数情况下,无法观察到反应的详细步骤。 选择推测的机制是因为它在热力学上是可行的,并且在分离的中间体(见下一节)或反应的其他定量和定性特征方面有实验支持。 它还描述了每个反应性中间体、活化复合物和过渡态,以及哪些键断裂(以及以何种顺序),以及哪些键形成(以及以何种顺序)。 一个完整的机制还必须解释使用反应物催化剂的原因、在反应物和产物中观察到的立体化学、形成的所有产物以及每种产物的量。

电子或箭头推动法常用于说明反应机理; 例如,参见以下实施例部分中安息香缩合机理的说明。

反应机制还必须考虑分子反应的顺序。 通常看似一步转化实际上是多步反应。

反应中间体

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反应中间体是化学物质,通常不稳定且寿命短(但有时可以分离),它们不是整个化学反应的反应物或产物,而是机制反应步骤中的临时产物和/或反应物。 反应中间体通常是自由基离子

动力学(反应步骤的相对速率和整个反应的速率方程)根据将反应物转化为建议的过渡态(对应于反应坐标xxx值的分子态,和 反应势能面上的鞍点)。

化学动力学

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有关反应机理的信息通常通过使用化学动力学来确定每个反应物中的速率方程和反应顺序来提供。

例如考虑以下反应:

CO + NO2 → CO2 + NO

在这种情况下,实验已经确定该反应根据速率定律 r = k [ N O 2 ] 2 {\displaystyle r=k[NO_{2}]{2}} 发生。 这种形式表明决速步骤是两个 NO2 分子之间的反应。 解释速率定律的整体反应的可能机制是:

2 NO2 → NO3 + NO(慢)NO3 + CO → NO2 + CO2(快)

每一步称为基本步,每一步都有自己的速率规律和分子性。 基本步骤应该加起来就是原始反应。 (意思是,如果我们要抵消出现在反应两侧的所有分子,我们将留下原始反应。)

在确定反应的总速率定律时,最慢的步骤是确定反应速率的步骤。 因为xxx步(在上述反应中)是最慢的一步,所以它是决速步骤。 因为它涉及两个 NO2 分子的碰撞,所以它是速率为 r {\displaystyle r} 的双分子反应,遵循速率定律 r = k [ N O 2 ( t ) ] 2 {\displaystyle r=k[NO_ {2}(t)]{2}}。

其他反应可能有几个连续步骤的机制。 在有机化学中,A. J. Lapworth于1903年提出的安息缩合反应机理是最早提出的反应机理之一。

链式反应是复杂机制的一个例子,其中传播步骤形成一个封闭的循环。在链式反应中,一个步骤中产生的中间体在另一个步骤中生成中间体。中间体称为链载体。 有时,链载体是自由基,它们也可以是离子。 在核裂变中,它们是中子。

反应机理

连锁反应有几个步骤,其中可能包括:

  • 链引发:这可以通过热解(加热分子)或光解(吸收光)导致键断裂。
  • 传播:一个链载体产生另一个载体。
  • 分支:一个载体制造多个载体。
  • 延迟:链载体可能会与产品发生反应,从而降低产品的形成速率。 又做了一个链条载体,但产品浓度降低了。
  • 链终止:自由基结合,链载体丢失。
  • 抑制:链载体通过终止以外的过程被移除,例如通过形成自由基。

尽管所有这些步骤都可以出现在一个链式反应中,但最少的必要步骤是:引发、传播和终止。

简单链式反应的一个例子是乙醛 (CH3CHO) 热分解为甲烷 (CH4) 和一氧化碳 (CO)。

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  1. 反应机理
  2. 反应中间体
  3. 化学动力学

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