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化学反应动力学
既是异想天开,又实事求是,这是科学工作者特有的风格,让我们在无穷的宇宙长河中探索无穷的真理吧。郭沫若
经典化学热力学从静态的角度(相对静止)去研究化学反应,解决了化学反应进行中能量转换、过程方向、限度、以及各种平衡性质的计算问题。由于经典热力学只研究过程的起始状态与终结状态,不研究过程的各瞬间状态,故对于一个化学反应,其实际产量是多少?需要多少时间?反应中经历了怎样的过程等问题,经典热力学无法解决,这些问题均有待于化学反应动力学来解决。“静止是相对的,而运动则是绝对的”,化学动力学是从动态的角度(绝对运动)去研究化学反应即化学运动全过程的学科,它的任务较热力学更为复杂和艰巨。化学动力学的主要任务是研究反应速率和探求反应机理,具体可包括三方面内容:1研究化学反应过程的各种因素(如分子结构、温度、压力、浓度、介质、催化剂等)对化学反应速率的影响;2揭示化学反应宏观与微观的机理(反应物按何种途径、经何步骤才转化为最终产物);3定量地研究总包反应与各种基元反应。如果一个化学反应在热力学上判断是可能发生的,要使这种可能性变为现实,则该反应必须要以一定的速率进行,可以说“速度就是效率,速度就是效益”。化学反应的体系内的许多性质及外部条件都会影响平衡和反应速率,平衡问题和速率问题是相互关连的,由于目前仍未有处理它们相关的定量方法,故还需要分别去研究平衡问题和化学反应速率问题。化学动力学作为一门独立的学科,近百年来发展相对较为迅速,但目前动力学理论与热力学相比,尚有较大差距。本章着重介绍了化学动力学的唯象规律、有关反应机理及反应速率理论的基本内容。
1、反应速率反应物分子经碰撞后才可能发生反应,在一定温度下,化学反应的速率正比于反应分子的碰撞次数,而在单位体积中,单位时间内的碰撞次数又与反应物的浓度成正比,可见反应速率与反应物浓度直接相关,反应速率就是参加反应的某一物质的浓度随时间的变化率。对于等容体系中进行的反应:aAbB→dDeE,可以分别用体系中各物质的浓度变化写出速率表示式,如反应物消耗速率dCAdCBrA,rBdtdt(负号表示反应期间反应物浓度是减少,以保证速率为正值),产物生成速率:
1
frD
dCddCE,rEdtdt
它们之间的关系是:
1111rArrDrEabBde
11
以上反应速率的表示方法,必须指明反应方程式和被选用表示速率的物质,然而,若利用反应进度的概念,便r
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