Στοιχειώδης αντίδραση

Μια στοιχειώδης αντίδραση (elementary reaction) είναι μια χημική αντίδραση στην οποία ένα ή περισσότερα χημικά είδη αντιδρούν απευθείας για να σχηματίσουν προϊόντα σε ένα μόνο βήμα αντίδρασης (reaction step) και με μία μοναδική μεταβατική κατάσταση. Στην πράξη, μια αντίδραση θεωρείται ότι είναι στοιχειώδης εάν δεν έχουν ανιχνευθεί ενδιάμεσα της αντίδρασης (reaction intermediates) ή δεν χρειάζεται να υποτεθεί για την περιγραφή της αντίδρασης σε μοριακή κλίμακα. Μια φαινομενικά στοιχειώδης αντίδραση μπορεί στην πραγματικότητα να είναι μια σταδιακή αντίδραση (stepwise reaction), δηλ. μια περίπλοκη ακολουθία χημικών αντιδράσεων, με ενδιάμεσα αντιδράσεων μεταβλητής διάρκειας ζωής. Σε μια μονομοριακή στοιχειώδη αντίδραση, ένα μόριο Πρότυπο:Math διίσταται ή ισομεριώνεται για να σχηματιστεί τα προϊόντα.

$\text{A}\to \text{προϊόντα.}$

Σε σταθερή θερμοκρασία, η ταχύτητα μιας τέτοιας αντίδρασης είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση του είδους Πρότυπο:Math.

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

Σε μια διμοριακή στοιχειώδη αντίδραση, δύο άτομα, μόρια, ιόντα ή ρίζες, Πρότυπο:Math και Πρότυπο:Math, αντιδρούν μαζί για να σχηματίσουν τα προϊόντα.

$\text{A + B}\to \text{προϊόντα.}$

Η ταχύτητα μιας τέτοιας αντίδρασης, σε σταθερή θερμοκρασία, είναι ανάλογημε το γινόμενο των συγκεντρώσεων των ειδών Πρότυπο:Math και Πρότυπο:Math.

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

Η έκφραση της ταχύτητας για μια στοιχειώδη διμοριακή αντίδραση μερικές φορές αναφέρεται ως νόμος της δράσης των μαζών (law of mass action) όπως προτάθηκε για πρώτη φορά από τους Cato Maximilian Guldberg και Peter Waage το 1864. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου αντίδρασης είναι μια αντίδραση κυκλοπροσθήκης. Αυτή η έκφραση της ταχύτητας (του ρυθμού) μπορεί να προέλθει από τις πρώτες αρχές χρησιμοποιώντας τη θεωρία συγκρούσεων για τα ιδανικά αέρια. Για την περίπτωση των αραιωμένων ρευστών, έχουν ληφθεί ισοδύναμα αποτελέσματα από απλά πιθανολογικά επιχειρήματα. Σύμφωνα με τη θεωρία των συγκρούσεων, η πιθανότητα τριών χημικών ειδών να αντιδρούν ταυτόχρονα μεταξύ τους σε μια στοιχειώδη τριμοριακή αντίδραση είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου, τέτοιες τριμομοριακές αντιδράσεις αναφέρονται συνήθως ως μη στοιχειώδεις αντιδράσεις και μπορούν να αναλυθούν σε ένα πιο θεμελιώδες σύνολο διμοριακών αντιδράσεων, σε συμφωνία με το νόμο της δράσης των μαζών. Δεν είναι πάντα δυνατό να εξαχθούν συνολικά σχήματα αντίδρασης, αλλά λύσεις που βασίζονται σε εξισώσεις ταχύτητας είναι συχνά δυνατές με όρους σταθερής κατάστασης ή κινητικών προσεγγίσεων Michaelis-Menten.