反應級數

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反應級數,為化學反應速率方程中,反應物濃度指數總和。

定義[編輯]

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稱為該反應物的反應分級數,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。而所有反應分級數的代數和稱為反應級數,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,除了可以是一級、二級、三級以外,還可以是級、分數級或負數級甚至是無理數級,或是跟隨反應條件(pH值、濃度)而變化,甚至速率方程中還可以出現反應產物的濃度項。

反應級數表示濃度對反應速率的影響程度,分級數越大,則反應速率受該一反應物濃度的影響越大。對於非基元反應不存在反應分子數的概念。根據定義,單分子反應即為一級反應,雙分子反應為二級反應,三分子反應則為三級反應,對於基元反應幾乎只有這三種情況。相應的反應速率方程見速率方程一條。而由於反應級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

反應中若某一反應物的濃度很大,反應過程中基本上不發生變化,則可以將其視為常數,原有反應根據基元反應方程式如果判定為二級反應,則將會呈現出一級反應的特徵,所以稱為假一級反應

各級反應的特性[編輯]

各級反應其實都有一些特性,將諸整理歸納如下:

零級反應 一級反應 二級反應 n\,級反應
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
積分速率方程 \ [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

(不適用於一級反應)

速率常數 k\, 的單位 \frac{M}{s} \frac{1}{s} \frac{1}{M \cdot s} \frac{1}{M^{n-1} \cdot s}
呈線性關係的變量 [A] \ - \ t \ln ([A]) \ - \ t \frac{1}{[A]} \ - \ t \frac{1}{[A]^{n-1}} \ - \ t

(不適用於一級反應)

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}}

(不適用於一級反應)

表中,\ M 代表摩爾濃度 \ mol/L\ t 代表時間,\ k 代表反應的速率常數。所說的「二級反應」和「\ n級反應」指的是純級數反應,也就是反應速率只與一個反應物的二次方或\ n成正比。

外部連結[編輯]


參考文獻及資料[編輯]

  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金皮書定義 (中文).