A reakciódinamika a reakciók lefolyásának legfinomabb részleteit vizsgálja: hogyan is megy végbe a reakció molekuláris szinten. Az elemi reakciókban általában reaktív részecskék, gyökök és ionok is részt vesznek, az egyszerűség kedvéért ezeket is molekulának fogjuk nevezni. Mi történik két molekulával, ha reagálnak? A reakció előtt a reaktáns molekulákban az atomok a rájuk jellemző kombinációból, pl. (CH3COCH3 + OH) indulva találkoznak, majd a reakció következtében más kombinációba rendeződve, más molekulákként távoznak (CH3COCH2 + H2O). De hogyan? A molekuláris történés során a reaktáns molekulák először közel jutnak egymáshoz, eközben forognak, atomjaik pedig rezgőmozgást végeznek. Ha kellően közel jutnak egymáshoz, akkor természetesen befolyásolják egymás atomjainak mozgását. Ha éppen kedvező fázisban vannak a mozgások, például mindkét molekulának éppen a reakcióra képes csoportja fordul a másik felé, és a rezgések éppen megnyúltak, akkor a régi kötés felhasad és az új kialakul. Persze nem mereven: az új kötés mentén is folytatódik a rezgés. A reakcióhő felszabadul, és akár a termékek belső szabadsági fokait gerjesztheti, akár a távolodásuk sebességét növelheti. A reakciódinamika egyik célja éppen annak a felderítése, hogy mikor, milyen feltételek mellett gerjesztődik a termék rezgése, és mikor a relatív kinetikus energia. Hasonlóképpen a reaktánsok oldaláról: milyen szabadsági fokok gerjesztése kedvező a reakció előidézése szempontjából. Az ilyen részletek felderítése úgy lehetséges, hogy a reakciódinamika nem a termikus energiaeloszlású reaktánsok reakcióit vizsgálja, hanem a körülményeket pontosabban specifikálja: adott kvantumállapotú, adott relatív sebességgel ütköző partnerek találkozásainak következményeit határozza meg.

 

 

Fontos információt szolgáltat a reakció mikroszkopikus mechanizmusáról az, hogy a termékek milyen irányba távoznak a közeledés irányához képest. Azokban a reakciókban, amelyekben egy szabad gyök (pl. CH3) egy telített molekulával (pl. CH3CH3) reagál, és lehasít egy atomot (leggyakrabban Hatomot), a reakció mechanizmusa két szélső eset között helyezkedhet el. Az egyik az úgynevezett visszapattanó, a másik a lehasító mechanizmus.

 

 

A reakcióban a H–H’ kötés felszakad, az F–H kötés képződik, ezeknek a hossza a legfontosabb két koordináta. Ha feltételezzük, hogy a három atom egy egyenesben van, ezzel a harmadik koordinátát rögzítjük. A potenciális energiát tehát a H–H és F–H kötések hosszúságának függvényében érdemes ábrázolni. Az ábrán látható, hogy nagy F–H távolságoknál (a reaktáns határesetben, az jobb oldalon) a potenciális energia magasabb, mint a termék határesetben (balodalt lent), ez mutatja, hogy a reakció exoterm. Amikor az F–H távolság nagy, a H–H’ kötés mentén minimum van, a kötés e körül oszcillál. Ha a két partner közeledik (r(F–H)csökken), ez a viselkedés sokáig nem változik. A potenciálfelületen ez egy völgynek felel meg, ez a reaktánsvölgy. Ennek megfelelője a termékvölgy, amit az jellemez, hogy az F–H kötés zavartalanul rezeg. A két völgy alja fokozatosan emelkedik abban a tartományban, ahol mindkét kötéshossz kicsi. Az energianövekedés oka az, hogy az egyik kötés részlegesen felszakad. Közben azonban részlegesen keletkezik az új kötés, ami energianyereséggel jár. A reaktáns és termékvölgy alján haladó vonalnak az r(F–H), r(H–H’) eső vetületét minimális energiájú reakcióútnak nevezzük. Ha ezen út mentén a reaktáns irányból haladunk a termékek felé, az energia növekszik, és ugyanezt teszi, ha a termékek felől indulunk. Kézenfekvő, hogy ahol a két irányból indulva találkozunk, egy maximum alakul ki. Ez egy különleges maximum, ugyanis a minimális energiájú reakcióútra merőleges irányban minimum. Ez földrajzi fogalmakkal élve olyan, mint egy hágó, amely két völgyet választ el. A geometriában az ilyen „egyszerre minimum és maximum” sajátságú pontokat nyeregpontnak nevezzük. Ha az energiát a minimális energiájú reakcióút mentén ábrázoljuk, a két végén vízszintes szakaszok között egy formális maximum látható. A reaktáns oldalról indulva csak úgy tudunk átjutni a termékvölgybe, ha energiánk nagyobb, mint a nyeregponté, azaz a reakcióút menti maximumé. Íme, megtaláltuk, miből ered a potenciálgát, amit a rendszernek le kell küzdenie, hogy termékek képződhessenek.