化学概论
化学动力学
最后更新:2023年1月12日
化学动力学是研究反应速率的学科。这对于弄清化学反应的机理非常重要。下面是你从普通化学到有机化学需要记住的化学动力学的基本知识。
1.反应速率与浓度和温度成正比。
首先，当原子或分子之间发生碰撞并导致化学键排列的改变时，化学反应就发生了。因此，反应速率与分子间的碰撞数成正比。并不是每一次碰撞都会导致化学反应;在碰撞总数中，只有一定比例的碰撞发生在适当的能量下，使化学键断裂和形成的过程发生。想象一个销售Ginsu刀的电话推销员——他打的电话中只有一小部分会促成销售，但总销售额将与电话数量成正比。
在化学反应中，任何增加碰撞速率的东西都会增加反应速率。一种方法是提高浓度。另一种方法是提高温度——你可能还记得，我们所说的“温度”可以看作是原子和分子运动的量度。
2.一阶和二阶反应
根据反应的类型，一种或两种化学物质可以参与转化。涉及两种以上化学物质的反应几乎从未见过，因为三种物质以正确的能量同时碰撞的可能性很小。
的订单指参与反应的物质的数量。
的率反应的量是指每单位体积每秒合成的化合物分子数，用M/L•s表示。我们可以写一个方程，如果我们把比例关系，速率[鱼]conc，通过引入一个常数k，称为速率常数，变成一个方程。每个反应都有一个唯一的速率常数在恒温条件下有效吗这是有道理的，因为提高温度会增加碰撞的次数，并导致不同的速率。
对于一个单分子的当反应只涉及一种A时，反应速率为k[A]，其中[A]为A的浓度，单位为mol/L。对于双分子反应a +B，速率将等于k[a][B]，其中[a]和[B]是a和B的浓度。
例如，在SN1反应，你将在Org 1中了解到，第一步是弱键断裂，提供卤化物(在这个例子中是溴)和碳正离子。这是一级单分子反应。我们可以把这个反应的速率常数写成速率= k [a]
第二步是碳正离子与溶剂分子(例如甲醇)的反应，以提供一种醚。这是一个二阶反应。然而，请注意，由于甲醇的浓度非常高(它是溶剂)，它的浓度将不受这个反应中消耗的少量甲醇的影响。所以反应速率实际上只取决于碳正离子C4H9的浓度。这是一个例子伪一阶反应。
虽然有很多反应只涉及一个整体转变的例子(比如HCl + NaOH生成水)，但在有机化学中，你很快就会发现反应就像SN1通过一个以上步骤进行的是更常见的。产生一种特定产物的一系列反应被称为反应反应机理。
3.反应的速率由最慢的一步决定。
关于反应速率是这样的:它们是由最慢一步的速率决定的。在这个例子中SN1上面，由于第一个反应是缓慢的一步，我们可以用这一步的速率定律来近似反应的速率。总的速率定律SN1上面的反应可以写成速率[C4H9OCH3] = k [C4H9Br]。换句话说，在给定温度下，C4H9OCH3的生成速率与C4H9Br的浓度成正比而与CH3OH的浓度完全无关。
4.速率定律可以让我们深入了解这种机制:
这里有一个有用的建议:实际上我们可以用速率定律来给出机制的信息。例如，SN1上述反应是一类叫做取代反应的反应的一部分。还有第二种替代机制叫做SN2的反应。的速率决定步骤SN1是单分子的，而速率的决定步骤呢SN2双分子的。
让我们把我们的例子从MeOH变成亲核试剂I(-)(像碘化钾一样溶解的碘化盐)。
两种反应都会生成相同的C4H9I。我们如何判断哪个机制起作用?简单!当我们改变碘化物的浓度[I(-)]时，如果速率发生变化，我们就知道它是SN2如果不改变，就会改变SN1。
在这个例子中，当我们将[I(-)]的浓度加倍时，速率没有变化，这意味着机制是SN1(或者更准确地说，它会反驳的SN2，但那完全是另一回事了)。
5.反应的势垒叫做活化能。
我二年级的物理化学老师提出了活化能他告诉我们，从热力学的角度来看，人肉燃烧成二氧化碳和水在热力学上是非常有利的，但我们继续在他的教室里，证明了激活障碍的存在。他想说明的是过程的热力学没有告诉你速率。
的率反应的速率取决于一个叫做活化能，这本质上是达到过渡态所需的能量，过渡态将导致产物的形成。
两者之间的关系活化能，温度，反应速率，以Arrhenius方程形式计算:
在这个方程中k是速率常数，T是温度，R是气体常数，Ea是活化能，神秘的字母A就是所谓的指数前常数。
归结起来就是速率常数k是每秒产生一个反应的碰撞次数，一个是每秒发生碰撞的总次数，e^(Ea/rt)是任何给定碰撞将导致反应的概率。
打个棒球的比方。想象一下，你想要提出一个方程来估计在一个给定的棒球场中被击出的本垒打的数量。你可以得到这样一个方程:
本垒打次数=[击中的球总数][球有足够能量打出本垒打的概率]
“活化能在这种情况下，是本垒板到外场围栏的距离，这将是“百分比”项的一部分(想必与围栏的高度一起)。随着围栏向后推，本垒打的数量将不可避免地下降。如果你愿意，你可以重新排列这个方程这样你就可以计算出到栅栏的距离如果你知道击中的球的数量和清除栅栏所需的能量。
阿伦尼乌斯方程是非常强大的，可以让你计算活化能以及速率常数在不同温度下的值。在你的课程中，你可能不会被要求深入研究阿伦尼乌斯方程，但欣赏它的微妙之处仍然很重要。
最后提示:阿伦尼乌斯方程的一个有用的经验法则是，温度每升高10度，反应的速率就翻一番。
下一篇文章-从普通化学到有机化学，第13部分-平衡
嗨,詹姆斯!再次感谢你发布这些简单而快速的普通化学摘要。我在复习一些自由基的卤化反应然后我发现我忘了怎么写速率定律了。再次感谢复习!
嗨,詹姆斯!为什么你在上面用“无限符号的一半”。顺便说一句，这是有史以来最好的网站。我正在学习有机化学，秋天要上。谢谢你！
意思是"成比例"
谢谢你提供这个非常有用的网站。我是在为我的组织做准备时偶然发现的。几周后开始的化学课。这是一个非常好的评论。
问题:我只是想澄清一下你最后的注释……你说的是速率常数，还是速率本身?
谢谢。
我喜欢这个教程，我喜欢数学，我很擅长化学反应，但我从来没有把这个主题与实际例子联系起来。bdapp平台谢谢你这么做…
我对三阶及以上反应很少发生感到困惑。事实上，我不同意这种说法。这是一个很好的例子，从两个最简单的成分，甲烷和氯开始:
甲烷和氯相互溶解所以没有溶剂和溶质，只有两个反应物。光照进来(只是普通的阳光就能触发)，Cl2自发地分解。
1) Cl2 + CH4 -> HCl + CH3Cl
2) sub 1) CH3Cl + CL2 -> CH2Cl2 + HCl
sub 2) 2 CH3Cl -> Cl2 + C2H6
3) sub 1) CH2Cl2 + Cl2 -> CHCl3 + HCl
sub 2) C2H6 + Cl2 -> C2H5Cl + HCl
等。
当然，这是自由基氯化反应，导致所有可能的烷烃和氯碳(碳和氯相连)，理论上是∞的。
另一个三阶及以上的例子是如果你把一个炔，氢化成烯烃，再氢化成烷烃，然后加一个卤素得到卤代烷基。
你好詹姆斯,
首先，感谢你们的辛勤工作。这是一个伟大的准备，为我即将到来的组织。化学。类。
在SN1反应的图像C4H9Br -> Br- + C4H8
一个氢原子去哪了?这是个错误吗?
如果你能尽快澄清这一点，那就太好了!
图表上出现错误。固定!
我认为在第二部分的Sn2反应中有一个错别字。在碳正离子分子中，有一个碳标为CH2，但应该是CH3。
谢谢你！固定
这是一个很棒的网站，对于我们这些十年或二十年没有学过有机化学的人来说，这是一个很好的复习工具。有什么物理化学方面的类似资源的建议吗?
嗨，约翰，谢谢你。我不知道我的头顶上有任何，虽然我时不时地会得到这个问题!