化學動力學(反應速率)
速率方程(rate law)
想象一份食譜,它不只告訴你該混合什麼,還告訴你烹飪速度如何依賴於配料:「糖加倍,焦糖化就快一倍,但奶油加再多也沒影響。」速率方程就是反應的這樣一份「食譜」——一個公式,說明反應的速度如何依賴於在場各物質的濃度。
正式地說,速率方程是這樣一種形式的等式:速率等於速率常數 k 乘以每種反應物的濃度的某次冪。那些冪次就是反應級數,它們告訴你速度對每種反應物有多敏感。關鍵在於:速率方程不能從配平方程式上直接讀出來——必須靠實驗來確定,因為它反映的是隱藏的分步機理,而不是總的化學計量關係。
速率方程之所以重要,是因為它讓你能預測和控制事情發生的快慢:一種藥物在體內能維持多久、一種污染物分解得多快、一座工業反應器該造多大。兩點提醒:指數不一定是整數,也不一定與方程式裡的係數相符;而且在普通濃度下成立的速率方程,到了極高或極低濃度可能就不再適用了。
對於一氧化氮與氫氣的反應,實驗給出速率 = k[NO]²[H₂]。注意它對 NO 是二級,而對氫氣只是一級——儘管配平方程式中兩者各用了兩個,真實速度對它們的依賴卻很不一樣,這正暗示反應是分幾步進行的。
指數來自實驗,而不是來自配平方程式。
一個常見錯誤是把化學計量係數直接當作指數抄進速率方程——這只對單一基元步驟成立,對總反應並不成立。
又稱
另見