
【化】 reaction kinetics
feedback; reaction; response
【医】 reaction; response
dynamics; kinetics
【化】 dynamics; kinetics
【医】 dynamics; kinetics
反应动力学(Reaction Kinetics)是物理化学的核心分支,主要研究化学反应速率及其影响因素,并揭示反应机理。其核心内容包括反应速率测定、速率方程建立、反应级数确定及活化能计算等。以下从汉英词典角度解析其详细含义:
反应速率(Reaction Rate)
单位时间内反应物浓度减少或生成物浓度增加的量,常用单位:mol·L⁻¹·s⁻¹。
例:氢气与氮气合成氨的反应速率可表示为:
$$ text{Rate} = -frac{1}{3}frac{d[ce{H2}]}{dt} = -frac{d[ce{N2}]}{dt} = frac{1}{2}frac{d[ce{NH3}]}{dt} $$
速率方程(Rate Equation)
描述反应速率与反应物浓度的数学关系。例如一级反应:$text{Rate} = k[ce{A}]$,其中 $k$ 为速率常数。
阿伦尼乌斯方程(Arrhenius Equation)
解释温度对反应速率的影响:
$$ k = A e^{-E_a / RT} $$
$E_a$ 为活化能,$A$ 为指前因子,$R$ 为气体常数。
反应机理(Reaction Mechanism)
揭示反应经历的微观步骤,如基元反应、反应中间体等。例如臭氧分解机理涉及自由基链反应。
反应动力学在化工、制药、环境科学中至关重要:
反应动力学是研究化学反应速率及其影响因素的学科,属于物理化学的重要分支。它主要关注反应如何进行、速度有多快,以及外界条件如何调控这一过程。以下是关键点的详细解释:
反应速率
描述单位时间内反应物或产物浓度的变化,数学表达式为:
$$v = frac{d[text{产物}]}{dt} = -frac{d[text{反应物}]}{dt}$$
例如,氢气与氧气生成水的反应速率可通过监测氧气浓度变化来计算。
反应机理
揭示反应从反应物到产物的具体步骤(如中间体、过渡态的形成),例如臭氧分解反应的分步机理。
浓度
浓度越高,分子碰撞频率增加,速率加快。速率方程通常为:
$$v = k[text{A}]^m[text{B}]^n$$
其中 (k) 是速率常数,(m) 和 (n) 为反应级数。
温度
温度升高显著提高反应速率,阿伦尼乌斯方程描述了这种关系:
$$k = A cdot e^{-frac{E_a}{RT}}$$
(E_a) 为活化能,(A) 为指前因子。
催化剂
降低反应活化能,加速反应但不参与消耗(如酶催化生物反应)。
表面积(多相反应)
固体反应物表面积增大,接触机会增多,例如粉末状碳酸钙与酸反应更快。
碰撞理论
分子需以足够能量和正确取向碰撞才能反应,解释浓度和温度的影响。
过渡态理论
反应物形成高能过渡态(活化络合物)后再转化为产物,解释活化能的作用。
速率方程与反应级数
化工生产
优化反应条件(如温度、压力)以提高产率,例如哈伯法合成氨需铁催化剂和高压。
药物研发
研究药物在体内的代谢动力学,确定给药剂量和频率。
环境科学
分析大气污染物(如臭氧)的生成与分解动力学,制定控制策略。
通过反应动力学,科学家和工程师能够设计高效反应路径,控制工业生产、生命过程及环境变化中的化学行为。
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