Mecanismo de reação

O mecanismo de reação é a descrição da sequência de eventos que ocorrem em uma reação química. [1] A descrição deve estar de acordo com os resultados experimentais disponíveis, tais como a lei cinética da reação, formação de intermediários, efeitos de solvente e catalisadores.

Conceitos básicosEditar

 
gráfico de energia para uma reação de substituição

Uma transformação química envolve a reorganização de átomos e elétrons entre os reagentes até a formação dos produtos.

A reação passa por um estado de maior energia, denominado estado de transição ou complexo ativado. A diferença de energia entre os reagentes e o estado de transição é chamada de energia de ativação, em uma reação simples. A velocidade de uma reação química depende da energia de ativação, conforme a equação de Arrhenius., obtida experimentalmente.

Um catalisador é um agente químico que aumenta a velocidade da reação, diminuindo a energia de ativação. O catalisador opera sobre o mecanismo da reação e estabiliza o complexo ativado ou introduz um caminho de menor energia. O catalisador não altera a constante de equilíbrio da reação porque não ocorre variação sobre a diferença de energia entre reagentes e produtos.

TiposEditar

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

Reações elementaresEditar

 Ver artigo principal: Reação elementar

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 complexasEditar

 Ver artigo principal: reações complexas ou em etapas

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.

MolecularidadeEditar

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: participa uma molécula.
  • Bimoleculares: participam 2 moléculas.
  • Trimoleculares: participam 3 moléculas, improvável do ponto de vista probabilístico.

Exemplo de MecanismoEditar

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

 

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:

  primeira etapa
  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.

ModelagemEditar

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.

Mecanismos de reação em Química OrgânicaEditar

A descrição das reações orgânicas permite o conhecimento de efeitos de temperatura, catalisadores e reações concorrentes. As reações orgânicas são classificadas em quatro grandes grupos: reações de substituição, reações de adição, reações de substituição e rearranjos moleculares.[2]

Alguns mecanismos são comuns a diversas reações. Os mecanismos SN1 e SN2 descrevem a maioria das substituições em carbonos alifáticos, a substituição eletrofílica aromática descreve a maioria das reações sobre o benzeno e derivados, a adição eletrofílica é comum a alcenos e alcinos, enquanto aldeídos e cetonas reagem na sua maioria por adições nucleofílicas e derivados de ácido carboxílico reagem por substituição acílica.[3] A formação de alcenos e outros compostos insaturados ocorre por mecanismos E1 e E2. O conhecimento destes mecanismos permite o reconhecimento de padrões de reação na Química orgânica.


Referências

  1. March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7
  2. Fundamentos de Química Orgânica - Ciências da Vida e Saúde, Márcio Lazzarotto (ebook )
  3. Química Orgânica Vol. 1: Volume 1, 2012, Craig B. Fryhle, T. W. Graham Solomons