Chemie, gibt es Wissen darüber in welcher Reihenfolge die Bindungen in einer Reaktion aufgebrochen und gebildet werden?
Beispiel: 2 A + 3BC + DEF --> A2B3 + C3DEF
Meine erste Frage war ob man jede chemische Reaktion in Teilgleichungen aufteilen kann und ob die dabei entstandenen Produkte zusammen wieder zum Produkt der ganzen Reaktion führen? Im Beispiel oben sind die Reaktanten in genau dem Mengenverhältnis also alle zusammen in einem gleichzeitigen Übergangszustand oder kann man erkennen in welcher zeitlichen Reihenfolge die Reaktanten ihre Bindungen lösen und die einzelnen Elemente zu den Produkten rekombiniert werden durch neue Bindungen?
4 Antworten
Chemische Reaktionen können in Teilgleichungen aufgeteilt werden, die die Schritte der Reaktion zeigen. Die Teilgleichungen können auch einzelne Schritte in einem Reaktionsmechanismus darstellen, der die detaillierte Abfolge der Reaktion zeigt. Die entstandenen Produkte aus den Teilgleichungen sollten zusammen das Gesamtprodukt der Reaktion ergeben.
In dem Beispiel, das du gegeben hast, sind die Reaktanten in einem gleichzeitigen Übergangszustand, da alle Reaktanten gemeinsam reagieren, um das Gesamtprodukt zu bilden. Die Reaktanten werden in einer einzelnen Schrittreaktion umgewandelt.
Wenn die Reaktion komplexer ist, können die Teilgleichungen jedoch unterschiedliche Reaktionsmechanismen darstellen, die verschiedene Schritte oder Reaktionsbedingungen zeigen. In diesem Fall können die Teilgleichungen in einer bestimmten Reihenfolge stattfinden und die Reaktionsbedingungen können variieren, bevor die Produkte schließlich gebildet werden.
Insgesamt hängt die Antwort auf deine Frage von der spezifischen Reaktion ab. Einige Reaktionen können in einem Schritt erfolgen, während andere in mehreren Schritten erfolgen können, die unterschiedliche Reaktionsbedingungen und Intermediäre beteiligen können.
Man kann nicht alle Reaktionen in ein allgemeines Thema pressen! Es gibt sehr unterschiedliche Kategorien.
In der organischen Chemie gibt es Reaktionsmechanismen, mit detaillierten Abläufen auf TeilchenEbene.
Allgemein Analysen, Synthesen, Elektrolysen, DonorAkzeptorReaktionen, Oxidation, Reduktion, bei denen aber die Abläufe auf TeilchenEbene eher unbekennt sind.
MMn hast Du da falsche Vorstellungen!
'Erschaffen durch Wollen' ist Magie!
Du kannst nicht einfach sagen, dass jetzt A+B+C zu ABC reagieren 'sollen', wenn die Komponenten nicht zusammen passen!
Angekommen sie passen aber zusammen, eben wenn sie alle 3 gleichzeitig zusammenkommen. Gibt es solche fälle? "Gleichzeitig" gibt es so ja eigentlich gar nicht denke ich
Der Zusammenstoß von 3 Teilchen ist extrem unwahrscheinlich, schon gar in der Anordnung, die zu einem Produkt passiert. Sowas passiert eher nacheinander, oder wird katalytisch/enzymatisch geführt.
Eine DNA/RNA oder Protein wird Schritt für Schritt aufgebaut. Mit Zuckern, oder anderen 'BaukastenSystemen' geht das auch. Aber das ist Organik, bzw. BioChemie und auch da nicht generell anwendbar!
Also sind gegebene, empirische Reaktionsgleichungen mit mehreren Reaktanten immer so gegeben, dass die 3 Produkte auch wirklich unabhängig von der zugegeben Reinfolge zu den angegebenen Produkten werden?
Die Reihenfolge kann aus verschiedenen Gründen eben nicht egal sein. Für genau sowas entwickeln Chemiker ein 'Händchen'.
Du solltest lieber beschreiben, was Du eigentlich machen willst...
Ich will gar nichts machen, dass war ein Gedankenspiel.
Also ist es für möglich das bei Zugabe in einer reihnfolge was unerwünschtes passiert als in einer anderen? Und wie würde man das Problem lösen wenn es wirklich nur geht wenn alle 3 gleichzeitig vorliegen müssen? Ist das dann ein statistischer Fall in dem teilweise ACB entsteht weil es annähernd gleichzeitig zusammen kam und zum größten Teil halt auch AC und AB entsteht?
Nach klassischer Kinetik aus der PC 1 und OC ist das möglich, allerdings ist gerade die Aufklärung eines Mechanismus schwierig. Man sagt vereinfacht auch, dass man einen bestimmten Mechanismus widerlegen, aber nicht hundertprozentig beweisen kann. Manche Reaktionen verlaufen tatsächlich über mehrere Mechanismen gleichzeitig.
Wenn wir alles auf der Quantenebene betrachten, verschmieren Zeit und Raum nach Heisenberg bekanntlich. Die schrittweise Formulierung kann dann etwas unsinnig wirken (ist aber stereochemisch bedeutsam!). Tunneleffekte sind bei manchen Reaktionen von belang. Auch elektronische Effekte des Lösungsmittels und Substrates können Mechanismen stark beeinflussen. Meistens reicht die Born-Oppenheimer-Näherung noch aus.
Auch mathematisch lassen sich manche Reaktionen nur numerisch beschreiben, wenn sich die zugehörigen Differentialgleichungen nicht lösen lassen. Daher trifft man Vereinfachungen wie das Bodensteinsche QSP. Ein extremes Beispiel: die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion.
Zu deinem konkreten Beispiel: schon Stöße 3. Ordnung sind statistisch sehr unwahrscheinlich. Praktisch treten fast immer nur Teilreaktionen 0./1./2. Ordnung auf. Der genaue Mechanismus kann uns auch in die Suppe spucken: konzertierte Reaktionen, Umlagerungen, Autokatalyse, unklare Trajektorie (Rotamere), zyklische ÜZ, hochangeregte Zustände, Isotopeneffekte, Photochemie, Spinmultiplizitäten usw. Die Lebensdauern erstrecken sich über 10-15 Größenordnungen.
Die Aufklärung ist eine Wissenschaft für sich. Glücklicherweise hält die Spektroskopie/PC mannigfaltige Verfahren bereit.
Ergänzung: du darfst die energetische Komponente nicht vergessen. Aktivierungsenergien, Gleichgewichte und Stabilitäten. Teilsynthesen von sonst Intermediaten sind manchmal möglich, allerdings versucht man wenn möglich das Reagenz in situ zu erzeugen. Beispiel: Simmons-Smith, Tebbe/Petasis...
Wenn geschrieben wird A + B + C --> ACB und ich will das jetzt im Labor machen, doch sobald ich A + B zusammenführe reagiert das zu AB und wenn ich A und C zusammenfüge zu AC. Wenn jetzt der 3. Reaktant hinzugefügt wird reagiert nichts mehr, gibt es solche fälle auch? Also wo man praktisch keine Reaktion zu ACB hinbekommt weil man es nicht schafft alle 3 genau gleichzeitig zusammen zu bekommen? Oder was gibt es da jetzt für praktische Möglichkeiten A, B und C genau gleichzeitig reagieren zu lassen?
Da es nur wenige Reaktionen dritter Ordnung gibt, können wir das einigermaßen eingrenzen, falls du die meinst. Nein, ein solches Beispiel fällt mir nicht ein.
Ein seltenes, trimolekulares Beispiel: 2 NO + O2 -> N2O4.
Wenn nicht, müsste ABC ein Addukt sein. Ich habe gerade an Metallkomplexe oder diverse Halbmetallhalogenidsäuren für ABC denken müssen.
Mir fallen tatsächlich viele Reaktionen 3. Ordnung ein, jedoch vermute ich einfach mal das es sich dabei in wirklichkeit um Reaktionen 2. Ordnung handelt wobei Zwischenprodukte entstehen, die werden meistens nur (leider?) nicht mit angegeben.
Genau. Ich denke, dass es sich nur um ein Gedankenspiel des Fragestellers handelt.
Kannst du mir da ein Buch zu empfehlen? Ich kenne den Atkins und McQuarrie. Muss ich da unter "Kinetik" schauen? Meistens steht da doch nur was zur Reaktionsgeschwindigkeit oder nicht?
Für deine Zwecke sollte der Atkins, Wedler oder chemgapedia reichen, da es wohl noch etwas am Grundverständnis mangelt. Vertiefungsliteratur in die Richtung kenne ich spontan so nicht.
Schau dir Mal hier: https://www.chemie.de/lexikon/Kinetik_%28Chemie%29.html den Abschnitt zu Reaktionsordnung an, vielleicht hilft das.
Wenn geschrieben wird A + B + C --> ACB und ich will das jetzt im Labor machen, doch sobald ich A + B zusammenführe reagiert das zu AB. Wenn ich jetzt C hinzufüge wird es zu AB + C und reagiert nicht mehr. Gibt es solche fälle auch? Also wo man praktisch keine Reaktion zu ACB hinbekommt weil man es nicht schafft alle 3 genau gleichzeitig zusammen zu bekommen?