Mecanismo de reação

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O mecanismo de reação é o conjunto das fases ou estados que constituem uma reação química, em outros termos é a sequência, etapa por etapa de reações elementares pela qual toda a reação química ocorre.[1]

Os mecanismos de reação estão ligados à cinética química.

Conceitos básicos[editar | editar código-fonte]

Desde um ponto de vista termodinâmico, uma equação química, os reagentes são o estado inicial e os produtos o estado final, há uma variação de energia livre. A energia livre deve ser negativa já que será uma reação espontânea, ou seja, que a reação poderá levar-se a cabo sem nenhum impedimento termodinâmico.

Para tornar mais fácil a explicação será melhor fazê-lo com um exemplo:

A {(g)} + BC {(g)} \longrightarrow AB {(g)} + C {(g)} ∆G'= -

Para fazer a ligação A-B, os reativos têm de encurtar as distâncias, mas isto aumenta a força de repulsão dos elétrons. Para evitar esta repulsão, os reativos terão que aproximar-se com suficiente energia cinética. Acima desta energia, as moléculas A e B formam ligações e em correspondência, as moléculas B e C estão rompendo as suas. Neste momento há um complexo formado por A, B e C, chamado complexo ativado. Ao final todas as ligações de B e C serão rompidos e as ligações A e B serão formadas, ou seja, os produtos.

Também há de se fazer menção à energia de ativação, que é a diferença entre a energia dos reativos e a do complexo ativado. Se pode considerar como uma barreira energética que deve passar os reativos para passar a ser produtos.

Tipos[editar | editar código-fonte]

Há dois tipos de mecanismo, dependendo do número de etapas que contém:

Reações elementares[editar | editar código-fonte]

Transcorre em somente uma etapa. Esta reação se produz com a formação de um só complexo ativado e só tem que superar uma barreira energética. Se representa em uma só equação química.

Reações complexas[editar | editar código-fonte]

Transcorre em duas ou mais etapas, com formação de intermediários. Também podemos dizer que é um conjunto de reações elementares, onde há mais de uma formação de complexos ativados diferentes e supera diferentes barreiras energéticas. Se expressa em várias equações químicas ou uma global. Na equação química global, representa o estado inicial e o estado final do global das reações, mas não apresenta como tenha-se transcorrido a reação.

Os intermediários são moléculas que aparecem no mecanismo da reação, mas não na equação inicial.

Molecularidade[editar | editar código-fonte]

A molecularidade é o número de moléculas que tomam parte como reativos em uma reação elementar. Dependendo do número de moléculas que participam, se classificam:

  • Unimoleculares: Só participa uma molécula.
  • Bimoleculares: Participam 2 moléculas.
  • Trimoleculares: Participam 3 moléculas (esta é muito rara).

Exemplo de Mecanismo[editar | editar código-fonte]

Como exemplo consideramos a reação global entre o óxido nítrico e o oxigênio:

2 NO {(g)} + O_2 {(g)} \longrightarrow 2 NO_2 {(g)}

Se sabe que os produtos não se formam diretamente como resultado da colisão de duas moléculas NO com uma molécula de O2 porque se tenha encontrado a espécie N2O2 durante o curso da reação. Um mecanismo possível é supor que a reação se dá em duas etapas ou reações elementares como as seguintes:

2 NO {(g)} \longrightarrow N_2 O_2 {(g)} primeira etapa
N_2 O_2 {(g)} + O_2 {(g)} \longrightarrow 2 NO_2 {(g)} segunda etapa

Na primeira etapa duas moléculas de NO chocam-se para formar uma molécula de N2O2; é uma reação bimolecular. Depois, segue uma reação, entre o N2O2 e o O2 para formar duas moléculas de NO2; é uma reação bimolecular. A equação química global, que representa o câmbio total, se pode interpretar como a soma destas duas etapas.

As espécies como o N2O2 é o intermediário da reação.

Modelagem[editar | editar código-fonte]

Um correto mecanismo de reação é uma parte importante de precisão modelagem preditiva. Para muitos casos de combustão e sistemas de plasma, mecanismos detalhados não estão disponíveis ou ainda exigem desenvolvimento.

Mesmo quando a informação está disponível, identificando e organizando-se os dados relevantes de uma variedade de fontes, a conciliação entre valores discrepantes e a extrapolação à diferentes condições pode ser um processo difícil sem ajuda especializada. Constantes de velocidade ou dados termoquímicos muitas vezes não estão disponíveis na literatura, técnicas de química computacional e/ou métodos de aditividade de grupos devem ser usado para obter os parâmetros necessários. Nas diferentes fases de elaboração de um mecanismo de reação, métodos apropriados devem ser utilizados.

Referências

  1. March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7