Mécanisme réactionnel

En chimie, un mécanisme réactionnel est l'enchainement d'étapes, de réactions élémentaires, par lequel un changement chimique a lieu.


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Réaction chimique - Chimie générale

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  • On nomme mécanisme réactionnel la totalité supposé des étapes élémentaires... Le schéma Energie / Coordonnée de réaction traduit les variations relatives... (source : annecurkpucheu)

En chimie, un mécanisme réactionnel est l'enchainement d'étapes, de réactions élémentaires, par lequel un changement chimique a lieu[1].

Bien que, pour la majorité des réactions, seul le bilan global (transformation des réactifs en produits) soit observable directement, des expériences permettent de déterminer la séquence envisageable des étapes du mécanisme réactionnel associé.

Un mécanisme réactionnel décrit en détail ce qui se passe précisément à chaque étape d'une transformation chimique. Il décrit chaque état de transition, quelles liaisons sont rompues et dans quel ordre, quelles liaisons sont reconstituées et dans quel ordre, mais aussi la vitesse relative de chaque étape. Un mécanisme réactionnel complet apporte aussi la quantité de chaque réactif consommé et celle de chaque produit constitué. Il décrit la catalyse éventuelle et la stéréochimie des espèces chimiques qui entrent en jeu. L'ordre de réaction des molécules qui réagissent doit aussi être indiqué. Une réaction en une seule étape est , en réalité, fréquemment constituée de plusieurs sous-étapes.

Exemple

Soit la réaction suivante :

CO + NO2 → CO2 + NO

Il a été montré expérimentalement que la cinétique de cette réaction est régie par la loi de vitesse : R = k[NO2]2. Cependant, un des mécanismes de cette réaction pourrait être le suivant :

2 NO2 → NO3 + NO (lent)
NO3 + CO → NO2 + CO2 (rapide)

Chaque étape est nommée «étape élémentaire» et chacune a sa propre loi de vitesse et molécularité. La réaction globale est la combinaison de ces étapes avec la possibilité de réarrangements.

Lorsque on détermine la cinétique globale de la réaction, l'étape la plus lente est celle qui détermine la vitesse de réaction. Ici, la première étape est la plus lente, elle est par conséquent cinétiquement déterminante. Comme c'est une collision entre deux molécules NO2, la réaction est bimoléculaire, avec une loi de vitesse qui s'écrit comme ceci : R = k[NO2]2. Si on additionne les deux étapes, on retrouve la réaction globale.

En chimie organique, l'un des premiers mécanismes réactionnels a été établi en 1903, pour la condensation benzoïque, par A. J. Lapworth.

Modélisation

Pour construire un modèle prédictif satisfaisant, il faut disposer d'un mécanisme réactionnel correct. Or, pour de nombreuses combustions ou pour de nombreux dispositifs qui se présentent sous la forme de plasma, les mécanismes détaillés ne sont pas connus. Et même dans le cas opposé, identifier et rassembler les données de sources variées et quelquefois contradictoires, extrapoler à des conditions différentes, etc., peut être complexe sans l'aide d'un expert. Les constantes de vitesse et les données thermochimiques sont fréquemment indisponibles dans la littérature, ce qui oblige, pour obtenir certains paramètres de manière théorique, à utiliser des techniques de chimie assistée par informatique.

Molécularité

La molécularité en chimie est le nombre d'entités moléculaires impliquées dans une seule étape de réaction. Une réaction qui met en jeu une seule entité est dite «unimoléculaire», elle est «bimoléculaire» pour deux entités et «termoléculaire» pour trois entités.

Références

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


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