反應機理與催化
反應機理(reaction mechanism)
烤蛋糕時,整體的食譜只說麵粉加雞蛋加糖變成蛋糕。但這一句話掩蓋了真正發生的一切——把奶油打發、把麵粉拌入、麵糊在烤箱裡膨脹。反應機理就是一個化學反應究竟如何一步步進行的詳細經過:那一連串簡單的分子層面的事件,把它們加起來,才得到你寫在紙上的總反應式。
更準確地說,反應機理是一套被提出的基元反應序列——一次次單獨的碰撞、斷鍵和成鍵——它把反應物轉變為產物。每一步都只涉及少數幾個分子,而這些步驟可能生成壽命短暫的中間體,它們在中途出現,又在終點之前消失。化學家是間接地推斷機理的,主要靠測量當濃度或溫度改變時反應速率如何變化,因為總的配平方程式本身絲毫不能說明所走的路線。
為什麼重要:同樣的反應物可以經由很不一樣的路徑到達同樣的產物,而路徑決定了反應進行得多快、生成哪些副產物。誠實的提醒是:機理始終是一個模型——是與現有證據相符的當下最佳解釋,而不是我們能直接看到的東西。一個新的實驗就可能推翻一個被長期接受的機理,所以機理總是被提出、被檢驗,有時被替換。
總反應式 2 NO2 + F2 → 2 NO2F 看起來像是三個分子撞在一起。然而速率測量顯示它分兩個更簡單的步驟進行:先是一個 NO2 與 F2 碰撞,生成 NO2F 和一個游離的氟原子,然後這個原子再撞上第二個 NO2。整潔的總反應式掩蓋了一條兩步的路線。
配平方程式是摘要;機理才是真正的步驟序列。
機理必須加起來等於總反應式,並且必須與測得的速率定律相符,但這兩項檢驗很少能挑出唯一正確的機理——它們只能排除錯誤的。
又稱
另見