12.1: Mecanismos de reacción

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Un mecanismo de reacción es un conjunto de etapas elementales de reacciones, que cuando se toman en conjunto definen una vía química que conecta los reactivos con los productos. Una reacción elemental es aquella que procede por un solo proceso, tal como una descomposición molecular (o atómica) o una colisión molecular. Típicamente, las reacciones elementales solo vienen en unimolecular

\[A \rightarrow products\]

y bimolecular

\[A + B \rightarrow products\]

forma. Ocasionalmente, un paso elemental que es termolecular

\[A + B + C \rightarrow products\]

(implicó la colisión simultánea de tres átomos o moléculas) pero generalmente es un par de pasos bimoleculares que actúan en rápida sucesión, formando el primero un complejo activado, y el segundo estabilizando ese complejo química o físicamente.

\[A + B \rightarrow AB^*\]

\[AB^* + C \rightarrow AB + C^*\]

La maravillosa propiedad de las reacciones elementales es que la molecularidad define el orden de la ley de velocidad para el paso de reacción.

Los requisitos de un mecanismo de reacción

Un mecanismo de reacción válido debe cumplir tres criterios importantes:

La suma de los pasos debe producir la estequiometría global de la reacción.
El mecanismo debe ser consistente con la cinética observada para la reacción global.
El mecanismo debe dar cuenta de la posibilidad de que se formen productos secundarios observados en la reacción.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\):

Para la reacción

\[ A + B \xrightarrow{} C \nonumber\]

¿es válido el siguiente mecanismo propuesto?

\[ A +A \xrightarrow{k_1} A_2 \nonumber\]

\[ A_2 + B \xrightarrow{k_1} C + A \nonumber\]

Solución:

Agregar ambas reacciones propuestas da

\[ \cancel{2}A + \cancel{A_2} + B\xrightarrow{} \cancel{A_2} + C + \cancel{A} \nonumber\]

Cancelación de aquellas especies que aparecen a ambos lados de las hojas de flecha

\[ A + B \xrightarrow{} C \nonumber\]

que es la reacción, por lo que el mecanismo es al menos estequiométricamente válido. Sin embargo, todavía tendría que ser consistente con la cinética observada para la reacción y dar cuenta de cualquier producto secundario que se observe.