化学动力学

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  化学动力学(chemical kinetics),研究化学过程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系,时间是化学动力学的一个重要变量。体系的热力学平衡性质不能给出化学动力学的信息,全面认识一个化学反应过程并付诸实现,不能缺少化学动力学研究。

  化学动力学的研究方法有:

  ①唯象动力学研究方法。也称经典化学动力学方法,它是从化学动力学的原始实验数据——浓度c与时间t的关系出发,经过分析获得某些反应动力学参数——反应速率常数k、活化能Ea、指前因子 A,用这些参数可以表征反应体系的速率特征。

  化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。20世纪前半叶,大量的研究工作都是对这些参数进行测定、理论分析,并利用这些参数研究反应机理。但是,反应机理的确认主要依赖于反应中间物的检出能力。20世纪后期,自由基链式反应动力学研究的普遍开展,推动了化学动力学向两个方向发展,一是对元反应动力学的广泛研究;二是迫切要求建立检测活性中间物的方法。电子学、激光等高技术的应用促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级提高到皮秒级。

  ②分子反应动力学研究方法。也称微观反应动力学研究方法(见化学动态学),从分子水平来看,一个元化学反应是具有一定量子态的反应物分子间的互相碰撞,进行原子重排,产生一定量子态的产物分子以至分离的单次反应行为。

  ③网络动力学研究方法。它对包括几十个甚至上百个元反应步骤的重要化工反应过程(如烃类热裂解)进行计算机模拟和优化,以便进行反应器最佳设计的研究。