反应级数

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

反應級數,為化学反应速率方程中,反应物浓度指数總和。

定義[编辑]

考慮一個假想的反應:

\ aA+bB\rightarrow cC+dD

反應速率(rate)為R,[A]與[B]代表反應物A跟B的濃度,k為速率常數(rate constant),則假設其速率方程可寫成如下:

\ R=k[A]^m[B]^n

在上式中,m與n称为该反应物的反应分级数,或稱作(部分級數(partial orders))。因此,反應對A是屬於m級反應,對B而言為n級反應。而所有反应分级数的代数和称为反应级数,或稱作(反應總級數(overall order)),在此例子也就代表反應總級數為m+n級。而上式中的m跟n或是m+n,也既是所謂的反應級數,除了可以是一级、二级、三级以外,还可以是级、分数级或负数级甚至是無理數級,或是跟随反应条件(pH值、浓度)而变化,甚至速率方程中还可以出现反应产物的浓度项。

反应级数表示浓度对反应速率的影响程度,分级数越大,则反应速率受该一反應物浓度的影响越大。对于非基元反应不存在反应分子数的概念。根据定义,单分子反应即为一级反应,双分子反应为二级反应,三分子反应则为三级反应,对于基元反应几乎只有这三种情况。相应的反应速率方程见速率方程一条。而由於反應级數可推之參與反應的反應物,因此在許多反應,可以幫助推論反應機構,了解反應如何碰撞,及反應過程中的活化錯合物

反应中若某一反应物的浓度很大,反应过程中基本上不发生变化,则可以将其视为常数,原有反应根据基元反应方程式如果判定为二级反应,则将会呈现出一级反应的特征,所以称为假一级反应

各級反應的特性[编辑]

各級反應其實都有一些特性,將諸整理歸納如下:

零级反应 一级反应 二级反应 n\,级反应
微分速率方程 -\frac{d[A]}{dt} = k -\frac{d[A]}{dt} = k[A] -\frac{d[A]}{dt} = k[A]^2 -\frac{d[A]}{dt} = k[A]^n
积分速率方程 \ [A] = [A]_0 - kt \ [A] = [A]_0 e^{-kt} \frac{1}{[A]} = \frac{1}{[A]_0} + kt \frac{1}{[A]^{n-1}} = \frac{1}{{[A]_0}^{n-1}} + (n-1)kt

(不适用于一级反应)

速率常数 k\, 的单位 \frac{M}{s} \frac{1}{s} \frac{1}{M \cdot s} \frac{1}{M^{n-1} \cdot s}
呈线性关系的变量 [A] \ - \ t \ln ([A]) \ - \ t \frac{1}{[A]} \ - \ t \frac{1}{[A]^{n-1}} \ - \ t

(不适用于一级反应)

半衰期 t_{1/2} = \frac{[A]_0}{2k} t_{1/2} = \frac{\ln (2)}{k} t_{1/2} = \frac{1}{[A]_0 k} t_{1/2} = \frac{2^{n-1}-1}{(n-1)k{[A]_0}^{n-1}}

(不适用于一级反应)

表中,\ M 代表摩尔浓度 \ mol/L\ t 代表时间,\ k 代表反应的速率常数。所说的“二级反应”和“\ n级反应”指的是纯级数反应,也就是反应速率只与一个反应物的二次方或\ n成正比。

外部链接[编辑]


參考文獻及資料[编辑]

  1. 曾國輝. 化學平衡. Taiwan. : 11~13. ISBN 957-724-799-7 (中文(香港)‎). 
  2. order of reaction IUPAC金皮书定义 (中文).