在化学动力学是反应速率的研究。通过数学方程式表示的定律推论有关分子机理的实验或理论数据。机制由一系列步骤组成，其中一些步骤很快而有些则很慢。
其中最慢的称为速度确定步骤。因此，从动力学角度，了解该步骤的中间体种类和操作机理非常重要。上面的一种可视化是假设试剂被封装在一个瓶子中，并且在反应时，产品会逸出到外部。
最终，产品从瓶子的嘴中自由流出，而没有进一步的动力学障碍。从这个角度来看，有许多尺寸和设计的瓶子。但是，它们都有一个共同点：狭窄的脖子，指示反应的决定性步骤。
化学动力学研究什么？
在实验上，该化学分支基于对特定性质的测量来研究化学反应中涉及的浓度变化。
化学动力学是化学的一个分支，负责研究可以从反应速度得出的所有信息。它的名字让您想像一个怀表，它标明一个过程的时间，无论它发生在什么地方：反应堆，云，河流，人体等。
所有化学反应以及所有转化都具有热力学，平衡和动力学方面。热力学表明反应是否是自发的。天平的量化程度；动力学以及有利于其速度的条件以及有关其机理的数据。
在日常生活中，可以观察到许多化学动力学的重要方面：在冰箱中，它可以冷冻食物，通过冷冻一部分食物来减少其分解。同样，在葡萄酒的成熟中，其陈酿使其具有令人愉悦的风味。
但是，“分子的时间”在很小的尺度上是非常不同的，并且会根据许多因素（键的数量和类型，大小，物质状态等）而发生巨大变化。
因为时间是生命，也是金钱，所以最重要的是知道哪些变量可使化学反应尽快进行。但是，有时希望得到相反的结果：反应进行得非常缓慢，特别是如果反应放热并且有爆炸的危险时。
这些变量是什么？有些是物理的，例如反应堆或系统应具有的压力或温度。其他是化学的，例如溶剂的类型，pH，盐度，分子结构等。
但是，在找到这些变量之前，我们必须首先研究本反应的动力学。
怎么样？通过浓度变化，如果量化与第一特性成正比的特定属性，则可以遵循该变化。纵观整个历史，方法已经变得越来越复杂，可以进行更准确，更精确的测量，并且间隔越来越短。
反应速度
为了确定化学反应的速度，有必要知道任何所涉及物种的浓度随时间如何变化。该速度在很大程度上取决于许多因素，但是最重要的是，对于“缓慢”发生的那些反应，它是可测量的。
这里的“缓慢”一词是相对的，是为可以用可用的仪器技术测量的所有事物定义的。例如，如果反应比设备的测量能力快得多，则反应将不是定量的，无法研究其动力学。
然后，在达到平衡之前，将反应速率确定为任何过程的阈值。为什么？因为在平衡状态下，正反应（产物形成）和逆反应（反应物形成）的速度相等。
通过控制作用在系统上的变量，进而控制系统的动力学或反应速度，可以选择理想条件，以在最期望和最安全的时间内生成一定数量的产品。
另一方面，该知识揭示了分子机理，当增加反应产率时，这是有价值的。
定义
速度是幅度随时间的变化。对于这些研究，重点在于确定浓度随时间和分钟的变化。纳秒，皮秒甚至飞秒（10 -15 s）。
它可以有很多单位，但是最简单和最简单的是M·s -1，或者等于mol / L·s。不论其单位如何，它都应始终为正值，因为它是物理量（例如尺寸或质量）。
然而，按照惯例，反应物的消失速率为负号，而产物外观的速率为正号。
但是，如果反应物和产物具有各自的速度，那么如何确定总反应速率呢？答案在于化学计量系数。
一般方程
以下化学方程式表示A和B形成C和D的反应：
a A + b B => c C + d D
摩尔浓度通常用方括号表示，例如，物种A的浓度表示为。因此，所涉及的每种化学物质的反应速率为：
根据数学方程式，有四种途径可以达到反应速度：测量任何一种反应物（A或B）或产物（C或D）的浓度变化。
然后，使用这些值之一及其正确的化学计量系数除以后者，从而获得反应速率rxn。
由于反应速率是正数，因此负号乘以反应物的负速率值; 因此，系数a和b乘以（-1）。
例如，如果A的消失速率为-（5M / s），并且其化学计量系数a为2，则速率rxn等于2.5M / s（（-1/2）x 5）。
甜品示例
如果产品是甜点，按类推的成分就是试剂；和化学方程式，配方：
7个饼干+ 3个巧克力蛋糕+ 1个冰淇淋=> 1个甜点
每种甜食原料和甜点本身的速度分别为：
因此，甜点的制作速度可以通过饼干，布朗尼蛋糕，冰淇淋或餐具本身的变化来确定；然后将其除以其化学计量系数（7、3、1和1）。但是，其中一条路线可能比另一条路线容易。
例如，如果您测量它在不同时间间隔的增加情况，那么这些测量可能会很复杂。
另一方面，由于其数量或某些特性使其浓度比核仁巧克力饼或冰淇淋更容易确定，因此测量起来可能更方便实用。
如何确定
给定简单的反应A => B，例如，如果A在水溶液中呈绿色，则取决于其浓度。因此，当A变为B时，绿色消失，如果对该消失进行定量，则可以获得a vs t曲线。
另一方面，如果B是酸性物质，则溶液的pH值将降至7以下。因此，从pH值的降低中，可连续获得相对于t的图。然后将两个图叠加在一起，我们可以看到类似以下的内容：
在图形中，您可以看到它随着时间的流逝如何减少（因为被消耗了），以及由于它是乘积，曲线以正斜率增加了。
还可以看出，它趋于零（如果没有平衡），并且达到了由化学计量控制的最大值，并且如果反应完成（所有A被消耗）。
A和B的反应速率都是这两条曲线上的切线。换句话说，就是导数。
影响反应速率的因素
化学种类的性质
如果所有化学反应都是瞬时的，则将不会进行动力学研究。许多人的速度是如此之快以至于无法测量。也就是说，它们是不可测量的。
因此，离子之间的反应通常非常快速和完整（产率约为100％）。另一方面，涉及有机化合物的化合物需要一些时间。第一种类型的反应是：
H 2 SO 4 + 2NaOH => Na 2 SO 4 + 2H 2 O
离子之间的强静电相互作用有利于水和硫酸钠的快速形成。相反，第二种反应是例如乙酸的酯化：
CH 3 COOH + CH 3 CH 2 OH => CH 3 COOCH 2 CH 3 + H 2 O
尽管还会形成水，但反应不是瞬间的。即使在有利的条件下，也要花几个小时才能完成。
但是，其他变量对反应速度的影响更大：反应物的浓度，温度，压力和催化剂的存在。
试剂浓度
在化学动力学中，与无穷大分开的被研究空间称为系统。例如，反应器，烧杯，烧瓶，云，恒星等可以视为正在研究的系统。
因此，在系统内，分子不是静止的而是“游动”到其所有角落。在其中一些位移中，它与另一个分子碰撞以反弹或产生产物。
然后，碰撞次数与反应物的浓度成正比。上图显示了系统如何从低浓度变为高浓度。
而且，随着两个分子反应的机会增加，碰撞越多，反应速率就越高。
如果反应物是气态，则假定存在许多方程式（例如理想气体）中的任何一个，就处理压力变量并将其与气体浓度相关。或者，减小系统的体积以增加气态分子碰撞的机会。
温度
尽管碰撞次数增加，但并非所有分子都具有超过过程激活能所需的能量。
在这里温度起着重要的作用：温度起着使分子热加速的作用，从而使它们与更多的能量发生碰撞。
因此，系统温度每升高10°C，反应速率通常就会加倍。但是，对于所有反应，情况并非总是如此。如何预测这一增长？Arrhenius方程式回答了这个问题：
d（lnK）/ dT = E /（RT 2）
K是温度T时的速率常数，R是气体常数，E是活化能。该能量表示反应物必须按比例缩放才能反应的能垒。
为了进行动力学研究，必须保持温度恒定并且没有催化剂。什么是催化剂？它们是参与反应但未被消耗并降低活化能的外部物质。
上图显示了葡萄糖与氧气反应的催化概念。红线代表没有酶（生物催化剂）的活化能，而蓝线代表没有酶（生物催化剂）的活化能。
化学动力学中的反应顺序
在化学方程式中，与反应机理有关的化学计量指数不等于相同数量级的指数。化学反应通常是一阶或二阶的，很少是三阶或更高的。
这是什么意思 因为三个能量激发分子的碰撞是不可能的，所以四重或五重碰撞更是如此，因为四重或五重碰撞的概率是无限的。分数反应顺序也是可能的。例如：
NH 4 Cl <=> NH 3 + HCl
如果认为该反应是平衡的，则该反应是一个方向的一阶（从左到右），另一个方向的二阶（从右到左）。虽然以下两个方向的平衡都是二阶的：
2HI <=> H 2 + I 2
分子量和反应顺序相同吗？否。分子是反应生成产物的分子数，总反应顺序与速率确定步骤中涉及的反应物顺序相同。
2KMnO 4 + 10KI + 8H 2 SO 4 => 2MnSO 4 + 5I 2 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 O
尽管具有高化学计量指数（分子），该反应实际上是二级反应。换句话说，速度确定步骤是二阶的。
零阶反应
它们发生在异质反应的情况下。例如：在液体和固体之间。因此，速度不依赖于反应物的浓度。
同样，如果反应物的反应阶数为零，则表示它不参与速度确定步骤，而是参与快速过程。
一阶反应
A => B
一阶反应受以下速率定律控制：
V = k
如果A的浓度加倍，则反应速率V加倍。因此，该速率与反应的确定步骤中试剂的浓度成比例。
二阶反应
2A => B
A + B => C
就像刚刚编写的两个化学方程式一样，这种反应涉及两种物质。反应的速度定律是：
V = k 2
V = k
在第一种情况下，反应速度与A浓度的平方成正比，在第二种情况下，反应与一级反应相同：速度直接与A和B的浓度成正比。
反应顺序与分子量
根据先前的示例，化学计量系数可以与反应的阶数一致或可以不一致。
但是，对于元素反应确实会发生这种情况，这决定了反应中任何步骤的分子机理。在这些反应中，系数等于参与分子的数量。
例如，一个A分子与一个B分子反应形成一个C分子。这里，反应物的分子数为1，因此在表达速率定律时，它们与反应顺序一致。
由此可见，分子必须始终是整数，并且概率上应小于4。
为什么？因为通过一种机制，四个分子不可能同时参与；其中两个可以先反应，然后其余两个将与该产物反应。
从数学上讲，这是反应顺序和分子之间的主要区别之一：反应顺序可以取分数值（1 / 2、5 / 2等）。
这是因为前者仅反映物种的浓度如何影响速度，而没有反映其分子如何干预过程。
应用领域
-它可以确定药物在完全代谢之前保留在体内的时间。同样，由于进行了动力学研究，与其他对环境有负面影响的催化剂相比，酶催化可作为绿色方法。或也可用于无数的工业过程。
-在汽车工业中，尤其是在发动机内部，必须迅速进行电化学反应以使车辆启动。同样在其排气管中，排气管具有催化转化器，可在最佳时间内将有害气体CO，NO和NO x转化为CO 2，H 2 O，N 2和O 2。
2NaN 3（s）= 2Na（s）+ 3N 2（g）
-这是汽车碰撞时安全气囊为什么会膨胀的背后反应。当轮胎剧烈制动时，检测器会电炸叠氮化钠NaN 3。该试剂“爆炸”释放出N 2，N 2迅速占据了袋子的全部体积。
金属钠然后与其他成分反应以中和它，因为在其纯净状态下它是有毒的。
参考文献
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