Elementær reaksjon

En elementær reaksjon er en kjemisk reaksjon der en eller flere kjemiske specier reagerer direkte for å danne produkter i et enkelt reaksjonstrinn og med en enkelt overgangstilstand. I praksis antas en reaksjon å være elementær hvis ingen reaksjonsmellomprodukter har blitt oppdaget eller trenger å postuleres for å beskrive reaksjonen på molekylær skala. En tilsynelatende elementær reaksjon kan faktisk være en trinnvis reaksjon, dvs. en komplisert sekvens av kjemiske reaksjoner, med reaksjonsmellomprodukter med variabel levetid.

I en unimolekylær elementær reaksjon dissosierer et molekyl A eller isomeriserer for å danne produktene

$\text{A}\to \text{produkter.}$

Ved konstant temperatur er hastigheten for en slik reaksjon proporsjonal med konsentrasjonen av specie A.

$\frac{d[\text{A}]}{dt}=-k[\text{A}].$

I en bimolekylær elementær reaksjon reagerer to atomer, molekyler, ioner eller radikaler, A og B, sammen for å danne produktet / produktene

$\text{A + B}\to \text{produkter.}$

Hastigheten for en slik reaksjon, ved konstant temperatur, er proporsjonal med produktet av konsentrasjonene av speciene A og B

$\frac{d[\text{A}]}{dt}=\frac{d[\text{B}]}{dt}=-k[\text{A}][\text{B}].$

Hastighetsuttrykket for en elementær bimolekylær reaksjon blir noen ganger referert til massevirkningsloven, slik det først ble foreslått av Guldberg og Waage i 1864. Et eksempel på denne typen reaksjoner er en sykloaddisjonsreaksjon. Dette hastighetsuttrykket kan avledes fra de første prinsippene ved å bruke kollisjonsteori for ideelle gasser. For tilfeller av fortynnede væsker er tilsvarende resultater oppnådd fra enkle sannsynlighetsargumenter.

Ifølge kollisjonsteorien er sannsynligheten for at tre kjemiske specier reagerer samtidig med hverandre i en termolekylær elementærreaksjon. Derfor blir slike termolekylære reaksjoner ofte referert til som ikke-elementære reaksjoner og kan brytes ned i et mer grunnleggende sett med bimolekylære reaksjoner, i samsvar med massevirkningsloven. Det er ikke alltid mulig å utlede overordnede reaksjonsskjemaer, men løsninger basert på hastighetsligninger er ofte mulige når det gjelder steady-state- eller Michaelis-Menten-approksimasjoner.