結構生物化學/速率定律

在學習化學時，重要的是要考慮反應物的化學性質以及反應發生的條件，反應發生的機制，反應發生的速率以及反應進行的方向。質量作用定律指出，在恆定溫度下，化學反應的速率僅取決於影響速率的物質的濃度，這些物質通常是反應物之一或多個，但偶爾也可能是產物。對速率的另一個影響可能是催化劑的存在，催化劑不會出現在平衡的化學方程式中。速率定律只能透過實驗確定，並可用於預測反應速率與反應物濃度之間的關係。

速率方程

對於幾乎所有正向和不可逆反應，速率與反應物濃度的乘積成正比，每個反應物濃度都乘以某個指數。例如，對於反應 aA+bB-> cC +dD，速率與 [A]^m[B]^n 成正比，即：速率 = k[A]^m[B]^n k 為速率常數。將 k 的單位乘以濃度因子乘以相應的冪，得到單位為：濃度/時間。比例因子 k 稱為速率常數，在特定溫度下為常數。該常數具有維度，可以透過特定速率定律的量綱分析輕鬆確定。眾所周知，隨著 k 值的增加，反應速度會增加。

透過實驗確定速率定律

速率定律方程中 k（常數）、x 和 y 的值（速率 = [A]^m[B]n）必須在給定溫度下針對給定反應進行實驗測定。速率測量為反應物 A 和 B 初始濃度的函式。

反應級數

化學反應通常根據動力學分類為零級反應、一級反應、二級反應、混合級反應或更高階反應。一般的反應 aA + bB → cC + dD 將在下文的討論中使用。首先讓我們注意到這些級數在反應初始速率影響方面意味著什麼

1. 反應物為零級——對反應的初始速率沒有影響
2. 反應物為一級——反應的初始速率翻倍
3. 反應物為二級——反應的初始速率增加四倍
4. 反應物為三級——反應的初始速率增加八倍

速率定律方程

$-r_{A}=k_{A}(T)fn(C_{A},C_{B},...)$

$k_{A}$ 是反應的特定速率，也稱為速率常數。

一般來說，速率定律涉及四種反應。均相反應僅包含一個相。非均相反應包含兩個或多個相，通常出現在相之間的介面處。可逆反應取決於反應物和產物的濃度，這些反應物和產物可以在兩個方向上反應。不可逆反應僅在一個方向上反應，直到其中一個反應物耗盡。

一般來說，反應級數有四種類型。最常見的是

$-r_{A}=k_{A}C_{A}^{a}C_{B}^{b}$

特定反應速率常數的單位為

$k=(Concentration)^{1-n}/Time$

四種反應級數型別

• 零級 (n=0)：$-r_{A}=k_{A}$

零級的 k 的單位為 $mol/dm^{3}/s$

• 一級 (n=1)：$-r_{A}=k_{A}C_{A}$

一級反應的速率常數k的單位是 $s^{-1}$

• 二級反應 (n=2): $-r_{A}=k_{A}C_{A}^{2}$

二級反應的速率常數k的單位是 $dm^{3}/mol/s$

• 三級反應 (n=3): $-r_{A}=k_{A}C_{A}^{3}$

三級反應的速率常數k的單位是 $(dm^{3}/mol)^{2}/s$

參考文獻

Fogler, H. Scott. "第三章." 化學反應工程基礎. 上薩德爾河，新澤西州: 普倫蒂斯-霍爾, 2011. 無頁碼. 列印版.