物质科学化学篇(下)讲义.pdf

物質科學_化學篇(下)講義 編者：陳義忠 1 物質科學_化學篇(下) 第六章 化學反應速率 6-1 碰撞學說 1. 內容： (1) 化學反應的發生必須反應的粒子互相接近並發生碰撞才能發生反應 ，這種 理論稱為碰撞學說。 (2) 碰撞不一定能產生化學反應 ，只有極少數的碰撞引起反應 ，大部分的碰撞 只是反應粒子間的互相碰撞，但並未引起反應即分開。 (3) 能引起反應的碰撞情形稱為有效碰撞。 2. 有效碰撞的條件 (1) 碰撞之粒子必須具有足夠的能量 ：粒子的動能必須超過低限能 ，在一定溫 度下，粒子具有一定的平均動能，但 個別粒子的動能並不相等，而是從低 能至高能呈曲線分布(如圖) ，其中只 有分布於低限能右邊的粒子才具有足 夠的能量，產生有效碰撞。 (2) 碰撞時粒子必須具有適當的位向： 例如： CO +NO2 →CO2 +NO 物質科學_化學篇(下)講義 編者：陳義忠 2 3. 無效碰撞 ：反應粒子碰撞時 ，因能量不足或是位 向不適當 ，即使碰撞次數再 多 ，也不能引起化學反應 ，這樣的碰撞稱為無效碰撞。 例如： NH 3 +HCl →NH 4 Cl 4. 碰撞的發生以二分子的碰撞的機率最大 ，三分子同時碰撞的機率不高 ，大於 三分子的反應 ，極為罕見。 6-2 過渡狀態學說 1. 活化錯合物(activated complex)的意義 反應物粒子具足夠的動能且碰撞時位 向適當 ，互相碰撞時 ，彼此有短暫的結 合 ，形成一個複雜且能量極高、化學非常不穩定的過渡粒子 ，此粒子稱為活 化錯合物(活化複體)。例如：CO +NO2 →CO2 +NO 2. 活化錯合物的性質 (1) 新的化學鍵部分形成、舊的化學鍵部分破壞的過渡狀態。 物質科學_化學篇(下)講義 編者：陳義忠 3 (2) 只能暫時存在，可能轉變成生成物，也可能轉變回反應物。 3. 活化能(activated energy) (1) 活化能( Ea ) ：反應粒子生成活化錯合物所需的能量。 (2) 正活化能( Ea )=活化錯合物的位能 - 反應物的位能 (3) 逆活化能( Ea )=活化錯合物的位能 – 生成物的位能 (4) 反應熱( ∆ )=生成物的位能 – 反應物的位能 = E - E H a a 4. 活化能的性質 (1) 活化能的大小隨反應物的種類而異 ，與溫度(溫差不大時)、濃度及反應熱 大小無關。 (2) 活化能高者，反應速率慢；活化能低者，反應速率快。 (3) 化學反應的活化能必大於零 ，但放射性元素衰變時的活化能為零 ，即不需 要能量也可產生衰變反應。 (4) 活化能與反應途徑有關 ，反應途徑改變時 ，正逆方向的活化能同時改變， 使正逆方向的反應速率同時改變，但反應熱( ∆ )不變，故反應熱不能影 H 響反應速率。 5. 活化能與低限能的關係 (1) 低限能 ：反應粒子發生有效碰撞所需的最小動能稱為低限能。 物質科學_化學篇(下)講義 編者：陳義忠 4 (2) 活化能與低限能的能量相等但意義不同 ，活化能為位能 ，而低限能為動 能。 (3) 兩者關係如下圖： 6-3 反應速率 1. 反應速率的定義 (1) 在化學反應系中 ，單位時間內反應物的消耗或生成物的生成變化量( ∆ )。