Изворни код странице Mehanizam reakcije

{{this|opštoj analizi procesa|elektronske dijagrama toka|pomeranje strelice}}

U [[hemija|hemiji]], '''mehanizam reakcije''' je korak po korak [[низ|sekvenca]] [[elementarna reakcija|elementarnih reakcija]] putem kojih se odvija sveukupna [[hemijska supstanca|hemijska]] promena.<ref>{{JerryMarch}}</ref> 

Hemijski mehanizam je teoretska pretpostavku koja pokušava da detaljno opiše šta se dešava u svakom koraku sveukupne hemijske reakcije. Detaljni koraci reakcije nisu uočljivi u većini slučajeva. Pretpostavljeni mehanizam je izabran zato što je termodinamski izvodljiv, i ima eksperimentalnu podršku u vidu izolovanih intermedijera (pogledajte sledeću sekciju) ili drugih kvantitativnih ili kvalitativnih karakteristika reakcije. On isto tako opisuje svaki [[reactive intermediate|reaktivni intermedijar]], [[activated complex|aktivirani kompleks]], i [[prelazno stanje]], navodi koje se veze razlažu (i u kojem redosledu), i koje se veze formiraju (i u kom redosledu). Kompletni mehanizam mora isto tako da objasni razlog za korištenje datih [[Reagens|reaktanata]] i [[kataliza]]tora, uočenu [[stereohemija|stereohemiju]] u reaktantima i produktima, sve formirane [[Produkt (hemija)|produkte]] i količinu svakog. 
[[Датотека:BromoethaneSN2reaction-small.png|thumb|center|540px|Mehanizam [[SN2 reaction|-{S<sub>N</sub>2}- reakcije]].<ref>{{McMurry3rd}}</ref> Treba uočiti negativno naelektrisano [[prelazno stanje]] u zagradama u kome je centralni atom [[ugljenik]]a u pitanju prikazan sa pet veza, što je nestabilno stanje.]]

[[Arrow pushing|Elektronski]] metod se često koristi za ilustrovanje reakcionog mehanizma; na primer, pogledajte ilustraciju mehanizma za [[Benzoin condensation|benzoinsku kondenzaciju]] u sledećim primerima. Reakcioni mehanizam mora isto tako da uzme u obzir redosled u kome molekuli reaguju. Često je ono što izgleda kao jednostepna konverzija zapravo višestepena reakcija.

== Reakcioni intermedijeri ==

Reakcioni intermedijeri su hemijske vrste, često nestabilne i kratko živuće (mada se ponekad mogu izolovati), koje nisu reaktanti ili produkti sveukupne hemijske reakcije, već su privremeni produkti i/ili reaktanti u koracima reakcionog mehanizma. Reakcioni intermedijeri su često [[Radikal (hemija)|slobodni radikali]] ili [[jon]]i. 

Kinetika (relativne brzine reakcionih koraka i [[jednačina brzine]] sveukupne reakcije) se objašnjavaju putem energije neophodne za konverziju reaktanata do predloženih prelaznih stanja (molekularnih stanja koja korespondiraju maksimumima na [[reaction coordinate|reakcionim koordinatama]], i [[Седласта тачка|sedlastim tačkama]] na [[potential energy surface|površini potencijalne energije]] reakcije). 

== Hemijska kinetika ==

Informacija o mehanizmu reakcije se često dobija pomoću [[hemijska kinetika|hemijske kinetike]] kojom se utvrđuje [[jednačina brzine]] i [[reaction order|red reakcije]].<ref>{{Cite book|last1=Espenson|first1=James H.|title=Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms|url=https://archive.org/details/chemicalkinetics0002jame|edition=2nd|publisher=McGraw-Hill|year=2002|chapter=Deduction of Reaction Mechanisms|isbn=978-0-07-288362-6|pages=}}</ref>

Sledeća reakcija može da posluži kao primer:

: -{CO + NO<sub>2</sub> &rarr; CO<sub>2</sub> + NO}-

U ovom slučaju, eksperimentalno je utvrđeno da se ova reakcija odvija u skladu sa [[Jednačina brzine|jednačinom brzine]] <math>r = k[NO_2]^2</math>. Ova forma sugeriše da je [[rate-determining step|korak koji određuje brzinu]] reakcija između dva -{NO}-<sub>2</sub> molekula. Mogući mehanizam sveukupne reakcije koji objašnjava zakon brzine je:

: -{2 NO<sub>2</sub> &rarr; NO<sub>3</sub> + NO}- (sporo)
: -{NO<sub>3</sub> + CO &rarr; NO<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub>}- (brzo)

Svaki korak se naziva elementarnim stupnjem, i svaki ima svoju sopstvenu [[Jednačina brzine|jednačinu brzine]] u [[molekularnost]]. Zbir elementarnih koraka je jednak ukupnoj reakciji. (Drugim rečima, ako se ponište svi molekuli koji se javljaju na obe strane reakcija, preostaje originalna reakcija.)

Pri određivanju sveukupne jednačine brzine reakcije, najsporiji korak je korak koji određuje brzinu reakcije. Pošto je prvi korak (u gornjoj reakciji) najsporiji korak, to je korak koji određuje brzinu. Taj korak obuhvata koliziju dva -{NO}-<sub>2</sub> molekula, te je stoga to bimolekularna reakcija sa zakonom brzine <math>r = k[NO_2]^2</math>.

Druge reakcije mogu da imaju mehanizme sa nekoliko konsekutivnih koraka. U [[Organska hemija|organskoj hemiji]], reakcioni mehanizam za [[benzoin condensation|benzoinsku kondenzaciju]], koji je predložio [[A. J. Lapworth|A. J. Lapvurt]] 1903. godine, bio je jedan od prvih predloženih reakcionih mehanizama.

[[Датотека:Benzoin condensation2.svg|center|thumb|700px|Reakcioni mehanizam [[Benzoin condensation|benzoinske kondenzacija]]. [[Cijanid]]ni jon (-{CN}-<sup>−</sup>) ovde deluje kao [[katalizator]], koji stupa u prvi korak i napušta reakciju u zadnjem koraku. Transfer protona (-{H}-<sup>+</sup>) se javlja u (i) i (ii) koraku. Metod [[arrow pushing|pomeranja strelice]] se koristi u pojedinim koracima da bi se prikazalo gde elektronski par ide.]]

[[Lančana reakcija]] je primer komplesnog mehanizma, u kome [[Chain propagation|propagacioni]] koraci formiraju zatrovren ciklus.

== Drugi eksperimentalni metodi za određivanje mehanizma ==

Dizajnirani su mnogi [[eksperiment]]i iz kojih se mogu izvući zaključci o mogućim koracima reakcionog mehanizma, uključujući:

* merenje uticaja temperature ([[Arenijusova jednačina]]) radi određivanja [[energija aktivacije|energije aktivacije]]<ref>{{harvnb|Espenson|2002|pp=156-160}}</ref>
* [[спектроскоп|spektroskopske]] opservacije [[reaction intermediates|reakcionih intermedijera]]
* determinacija [[stereohemija|stereohemije]] produkata, na primer u reakcijama [[nucleophilic substitution|nukleofilne supstitucije]]<ref>{{Cite book|author=Morrison R.T. and Boyd R.N|title=Organic Chemistry|url= https://archive.org/details/organicchemistry04morr|edition=4th|location= |publisher= Allyn and Bacon|year=1983|isbn=978-0-205-05838-9|pages=[https://archive.org/details/organicchemistry04morr/page/228 228]-231}}</ref>
* merenje efekta [[kinetic isotope effect|izotopne supstitucije]] na brzinu reakcije{{sfn|Atkins|de Paula|2006|pp=816-8}}
* za reakcije u rastvoru, merenje uticaja pritiska na brzinu reakcije radi određivanja promene zapremine pri formiranju aktiviranog kompleksa<ref>{{Cite book|author1=Moore J.W.|author2= [[Ralph Pearson|Pearson|author3=R.G.]]|title=Kinetics and Mechanism|url= https://archive.org/details/kineticsmechanis0000moor|edition=3rd|publisher=John Wiley|year=1981|isbn=978-0-471-03558-9|pages=[https://archive.org/details/kineticsmechanis0000moor/page/n276 276]-8}}</ref>{{sfn|Laidler|Meiser|1982|pp=389-392}}
* za reakcije jona u rastvoru, merenje uticaja [[ionic strength|jonske jačine]] na brzinu reakcije{{sfn|Atkins|de Paula|2006|pp=884-5}}<ref>{{harvnb|Laidler|Meiser|1982|pp=388—9}}</ref>
* direktne opservacije [[activated complex|aktiviranog kompleksa]] putem [[Femtohemija|spektroskopije s pumpnom sondom]]{{sfn|Atkins|de Paula|2006|pp=892-3}}
* infracrvena [[chemiluminescence|hemiluminescencija]] za detektovanje vibracionog pobuđivanja u produktima{{sfn|Atkins|de Paula|2006|p=886}}<ref>{{harvnb|Laidler|Meiser|1982|pp=396—7}}</ref>
* [[Electrospray ionization|elektrosprajna jonizaciona masena spektrometrija]].<ref>Leonardo Silva Santos, Larissa Knaack, Jurgen O. Metzger [[International Journal of Mass Spectrometry|Int. J. Mass Spectrom.]]; '''2005'''; 246 pp. 84 - 104; (Review) {{cite journal|title= Investigation of chemical reactions in solution using API-MS|journal= International Journal of Mass Spectrometry|date= 2005|volume=246|issue=1–3|pages=84–104|doi=10.1016/j.ijms.2005.08.016|last1= Santos|first1= Leonardo Silva|last2= Knaack|first2= Larissa|last3= Metzger|first3= Jürgen O.|bibcode= 2005IJMSp.246...84S}}</ref>
* [[crossover experiment (chemistry)|eksperimenti ukrštanja]].<ref>{{harvnb|Espenson|2002|p=112}}</ref>

== Teoretsko modelovanje ==
Korektan reakcioni mehanizam je važan deo preciznog [[predictive modeling|prediktivnog modelovanja]]. Za mnoge sisteme sagorevanja i plazme, detaljni mehanizmi nisu dostupni ili je neophodan dalji razvoj.

Čak i kad su informacije dostupne, identifikacija i prikupljanje relevantnih podataka iz raznih izvora, usklađivanje diskrepantnih vrednosti i njihovo ekstrapoliranje na različite uslove može da bude težak proces bez stručne pomoći. Konstante brzine ili termohemijski podaci često nisu dostupni u literaturi, i stoga je neophodn da se koriste tehnike [[Računarska hemija|računarske hemije]] ili [[Group contribution method|grupno aditivni metodi]] da bi se došlo do neophodnih parametara.

Metodi računarske hemije se isto tako mogu koristiti za proračun [[potential energy surface|površina potencijalne energije]] date reakcije ili za određivanje mogućih mehanizama.{{sfn|Atkins|de Paula|2006|pp=887-891}}

== Molekularnost ==
{{main-lat|Molekularnost}}

'''Molekularnost''' u [[hemija|hemiji]] je broj [[molecular entity|molekularnih entiteta]] koji se sudaraju u pojedinačnom [[reaction step|reakcionom koraku]],<ref name="Atkins">Atkins, P.; de Paula, J. Physical Chemistry. Oxford University Press, 2014</ref> i jednak je sumi [[стехиометрија|stehiometrijskih koeficijenata]] reaktanata u elementarnoj reakciji.<ref>Temkin, O. N. State-of-the-Art in the Theory of Kinetics of Complex Reactions. In Homogeneous Catalysis with Metal Complexes: Kinetic Aspects and Mechanisms, John Wiley and Sons, ltd, 2012</ref> U zavisnosti od toga koliko molekula reaguje, reakcije mogu da budu
* Reakcioni korak koji obuhvata jedan molekularni entitet je unimolekularan.
* Reakcioni korak koji obuhvata dva molekularna entiteta je bimolekularan.
* Reakcioni korak koji obuhvata tri molekularna entiteta je termolekularan.

U opštem slučaju, reakcioni koraci koji obuhvataju više od tri molekularna entiteta se ne javljaju, pošto postoji neznatna statistička verovatnoća u smislu Maksvelove distribucije da se formiraju takva prelazna stanja.

=== Unimolekularne reakcije ===

U unimolekularnoj reakciji, pojedinačni molekul rearanžira atome formirajući različite molekule.<ref name="Atkins"/> Ovo je ilustrovano jednačinom

:<chem>A -> P</chem>,

gde -{P}- označava produkat (produkte). Ova reakcija ili reakcioni korak je [[isomerization|izomerizacija]] ako postoji samo jedan molekul produkta, ili [[elektrolitska disocijacija|disocijacija]] ako postoji više od jednog molekula produkta.

U oba slučaja, brzina reakcije ili koraka je opisana [[jednačina brzine|zakonom brzine prvog reda]]

:<math chem> \frac{d \left [ \ce A \right ]}{dt} =  -k_r  \left [ \ce A \right ]  \, </math>

gde je [A] koncentracija reaktanta A, -{t}- je vreme, i -{k<sub>r</sub>}- je [[konstanta brzine hemijske reakcije]].

Kao što se može zaključiti iz jednačine zakona brzine, broj molekula A koji se razlaže proporcionalan je broju dostupnih molekula A. Primer unimolekularne reakcije je izomerizacija [[ciklopropan]]a u [[propen]]:

[[File:Izomerization of cyclopropane.jpg|center]]

Unimolekularne reakcije se mogu objasniti putem [[Lindemann mechanism|Lindeman-Hinšelvudovog]] mehanizma.

=== Bimolekularne reakcije ===

U bimolekularnoj reakciji, dva molekula se sudaraju i razmenjuju energiju, atoma ili grupa atoma.<ref name="Atkins"/>

To se može opisati jednačinom

:<chem>A + B -> P</chem>

koja korespondira zakonu brzine drugog reda: <math chem>\frac {d[\ce A]}{dt} = -k_r \ce{[A][B]}</math>.

Ovde je brzina reakcije proporcionalna brzini kojom se reaktanti dolaze u kontakt. Primer bimolekularne reakcije je [[Nucleophilic substitution|nukleofilna supstitucija]]<ref name=carey>{{cite book|last1=Carey|first1=Francis A.|title=Organic Chemistry|year=2006|publisher=McGraw-Hill|location=New York|isbn=0072828374|pages=[https://archive.org/details/organicchemistry6th00care/page/866 866–868]|edition=6th|url=https://archive.org/details/organicchemistry6th00care/page/866}}</ref> tipa [[SN2 reaction|SN2]] [[bromometan|metil bromida]] [[хидроксид|hidroksidnim jonom]]:<ref>{{cite book|author=Morrison R.T. and Boyd R.N. |title=Organic Chemistry |location= |edition=4th |publisher= Allyn and Bacon |year=1983 |isbn=0-205-05838-8|pages=215}}</ref>

:<chem>CH3Br + OH^- -> CH3OH + Br^-</chem>

=== Trimolekularne reakcije ===

Trimolekularne<ref name="Steinfeld"/><ref>[https://goldbook.iupac.org/html/M/M03989.html IUPAC Gold Book: Molecularity]</ref> (ili termolekularne)<ref>One textbook which mentions both ''termolecular'' and ''trimolecular'' as alternative names is J.W. Moore and [[Ralph Pearson|R.G. Pearson]], {{cite book|author= |title=Kinetics and Mechanism |location= |edition=3rd |publisher= John Wiley |year=1981 |isbn=0-471-03558-0|pages=17}}</ref> reakcije u [[rastvor]]u ili gasnim smešama obuhvataju tri molekula reaktanta koji se simultaneno [[collision frequency|sudaraju]].<ref name="Steinfeld">{{cite book|author=J.I. Steinfeld, J.S. Francisco and W.L. Hase |title=Chemical Kinetics and Dynamics |location= |edition=2nd |publisher= Prentice Hall |year=1999 |isbn=0-13-737123-3|pages=5}}</ref> Međutim termin ''trimolekularni'' se isto tako koristi za reakcije asociranja tri tela tipa

:<chem>A + B ->[\ce{M}] C</chem>

gde M iznad strelice označava da je radi konzervacije [[енергија|energija]] i [[impuls]]a potrebna druga reakcija sa trećim telom. Nakon inicijalnog bimolekularnog sudaranja A i B nastaje energetski pobuđen [[reaction intermediate|reakcioni intermedijar]], koji se zatim sudara sa M telom, u drugoj bimolekularnoj reakciji, prenoseći višak energije na njega.<ref>Text discussing [[rate constant]]s for termolecular reactions [http://jpldataeval.jpl.nasa.gov/pdf/Jpl15_Sectn2_TermolecRxs.pdf]</ref>

Ova reakcija se može objasniti kao dve konsekutivne reakcije:

:<math chem>\ce{A + B -> AB}^*</math>
:<math chem>\ce{AB}^*\ce{ + M -> C + M}</math>

Ove reakcije često imaju regione zavisnosti pritiska i temperature na prelazu između kinetike drugog i trećeg reda.<ref>[[Међународна унија за чисту и примењену хемију|IUPAC]] definition of ''Troe expression'', a semiempirical expression for the rate constant of termolecular reactions [http://goldbook.iupac.org/T06517.html ]</ref>

Katalitičke reakcije su često trikomponentne, ali u praksi se prvo formira kompleks polaznih materija i korak koji određuje brzinu reakcije je pretvaranje tog kompleksa u proizvode, a ne slučajni sudar dva reaktanta i katalizatora. Na primer, pri hidrogenaciji metalnim katalizatorom molekulski dihidrogen se najpre disocira na površini metala u atome vodonika koji su vezani za površinu, a ti monatomski vodonici reaguju sa početnim materijalom, takođe prethodno adsorbovanim na površini.

Reakcije više molekularnosti nisu uočene zbog vrlo male verovatnoće istovremene interakcije između 4 ili više molekula.<ref name="Carr">Carr, R. W. Chemical Kinetics. In Encyclopedia of Applied Physics. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2003</ref><ref name="Steinfeld"/>

== Vidi još ==
* [[Organska reakcija]]
* [[Nucleophilic acyl substitution|Nukleofilna kiselinska supstitucija]]
* [[Electrochemical reaction mechanism|Elektrohemijski reakcioni mehanizam]]
* [[Nucleophilic abstraction|Nukleofilna apstrakcija]]

== Reference ==
{{L|srediti reference}}
{{reference}}

== Literatura ==
{{literatura}}
* {{Cite book|last1=Atkins|first1=Peter|authorlink1=Peter Atkins |last2=de Paula|first2=J|title=Physical Chemistry|url= https://archive.org/details/atkinsphysicalch00pwat|location=|publisher=W.H. Freeman|edition=8th|year=2006|isbn=978-0-7167-8759-4}}
* {{Cite book|last1=Laidler|first1=Keith J.|authorlink1=Keith J. Laidler|last2=Meiser|first2=J.H.|title=Physical Chemistry|location=|publisher=Benjamin/Cummings|year=1982|isbn=978-0-8053-5682-3}}
* {{Cite book |last1=Espenson|first1=James H.|title=Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms|edition=2nd|publisher=McGraw-Hill|year=2003|chapter=Deduction of Reaction Mechanisms|isbn=978-0-07-288362-6|pages=}}
* {{cite book|author=L.G. Wade. |title=Organic Chemistry |edition=7th|location= |publisher= |year=2010}}
* {{cite book|title=Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis|author= Laszlo Kurti, Barbara Czako|location= |publisher= Academic Press|year=2005 |isbn=0-12-429785-4}}) 
* J. Clayden, N. Greeves & S. Warren "Organic Chemistry" (Oxford University Press, 2012)
* {{cite book|author=Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, and Robert K. Boyd. |title=Organic Chemistry |edition=6th|location= |publisher=Benjamin Cummings |year=1992}}. 
* {{cite book|title=Comprehensive Organic Functional Group Transformations|year=1995|publisher=Pergamon Press|location=Oxford|isbn=0080423248|edition=1st|editor1 = Alan R. Katritzky|editor-link = Alan R. Katritzky|editor2-last=Meth-Cohn|editor2-first=Otto|editor3 = Charles Rees|editor3-link = Charles Rees|page=[https://archive.org/details/comprehensiveorg0000unse/page/90 90]|volume=3|url=https://archive.org/details/comprehensiveorg0000unse/page/90}}
{{literatura kraj}}

== Spoljašnje veze ==
* -{[https://web.archive.org/web/20150514061700/https://www-pls.llnl.gov/?url=science_and_technology-chemistry-combustion-mechanisms Reaction mechanisms for combustion of hydrocarbons]}-

{{Reakcioni mehanizmi/lat}}
{{podnožje|lat=da|Hemija}}

{{СОРТИРАЊЕ:Механизам реакције}}
[[Категорија:Хемијске реакције]]
[[Категорија:Хемијска кинетика]]
[[Категорија:Сагоревање]]