化学反应动力学1.pptx

化学反应动力学王 丽 讲述内容化学反应工程发展与研究内容化学反应动力学基本概念理想状态下反应动力学的推导真实状态下反应动力学的推导失活反应动力学的推导化学动力学发展 晚于热力学发展，不系统。1) 19世纪中叶起，宏观动力学研究： a. 浓度对反应的影响 ? 质量作用定律； b. 温度对反应的影响 ? Arrhenius 经验式； c. 活化能概念的提出：反应物必须得到一定的能量才反应。Ea 的理解 ？2）20世纪前叶：反应速率理论的创立 a. 碰撞理论： 把反应看作两个反应球体碰撞的结果； b. 过渡态理论： 产生中间活化络合物的历程。3）1950年代后，微观反应动力学（分子反应动态学）。利用激光、交叉分子束等新实验手段，研究某一量子态的反应物变化到某一确定量子态的产物的速率及反应历程（态-态反应的层次）；从分子水平上研究微观反应动力学，使得化学动力学取得了新的进展。李远哲对交叉分子束方法的研究，将激光、光电子能谱与分子束结合，设计了“分子束碰撞器”和“离子束交叉仪器” ，实现了在单次碰撞下研究单个分子间发生的反应机理的设想，使化学家有可能在电子、原子、分子和量子层次上研究化学反应所出现的各种动态，以探究化学反应和化学相互作用的微观机理和作用机制，对了解化学物相互反应的基本原理做出了重要突破。李远哲1986李远哲获诺贝尔化学奖20世纪70年代，基于快速激光脉冲的飞秒光谱技术发展，使时间标度达到了飞秒数量级，用飞秒激光技术来研究超快过程和过渡态使飞秒化学随之发展起来。从20世纪80年代开始，艾哈迈德-泽维尔(Ahmed H. Zewail埃及出生 美籍) 因用飞秒化学研究化学反应的过渡态而获得了1999年度的诺贝尔化学奖。飞秒化学(Femtochemistry)“Zewail教授在飞秒化学领域所做出的贡献使我们可以断言，化学家研究反应历程的努力已接近终点，任何化学反应的速率都不可能比飞秒量级更快。化学将有可能对各类化学反应的历程做出合乎实际的推断”－诺贝尔化学奖公报药物代谢动力学研究内容 药物体内过程 ： 机体对药物的处置 吸收(absorption) 分布 (distribution) 代谢(metabolism) 排泄 (excretion) 体内药物浓度（血药浓度）动力学规律一级消除动力学:单位时间内消除的药量与血浆药物浓度成正比，又叫恒比消除零级消除动力学：单位时间内体内药物按照恒定的量消除，又叫恒量消除非血管途径给药的药-时曲线 预测制剂中化学活性物质的稳定性 指导设计安全、稳定及有效的制剂处方 提出有关制剂正确的工艺技术及合适的 贮存条件 制订合理的用药方案 引入动力学的研究方法之后，药物研究才真正摆脱经验阶段而进入科学阶段 化学反应工程的任务和范畴化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学化学反应工程与其它学科相交叉的一门科学化学工程的基本内容过程工程共同的现象 物理现象----传递现象（热量、动量、质量） 化学现象----化学反应 三传一反反应动力学特性的研究流体流动、传递过程对反应的影响反应器设计计算、过程分析和最佳化化学反应工程研究内容对工业反应进行宏观动力学研究对反应过程进行工程分析合理制定技术方案和操作条件进行反应器或反应系统的设计及优化化工过程中的尺度问题微化工技术 — 理论依据Nu = hd/k = 3.66 （恒壁温）Nu = hd/k = 4.36 （恒壁热通量）Nu = 0.023Re0.8Pr1/3 层 流湍 流传热系数h与管径d成反比 d： 100um-1mm, h：空气 100-1000Wm-2K-1 水 2000-20000Wm-2K-1微化工技术 — 微反应技术10kW重整器 – PNNL（减少1-2个数量级）微化工技术 — 微反应技术美国杜邦公司， PNNL， MIT 1993 第一个芯片化工厂 甲基异氰酸甲酯德国 美茵兹微技术所（IMM） 最强加工日本 九州微反应器技术研究会 2000 新的化工技术中国 大连物理研究所 清华大学微化工技术 — 微制造微流量计Ni齿轮厚度230 ?m直 径200 ?m轴 半 径80 ?m间 隙10 ?m北京高能所微化工技术 — 微热技术50 × 50 mm90 × 90 mm微化工技术 — 微热技术外型尺寸：90×90×50 mm微化工技术 — 微反应技术特点单通道 微尺度 大比表面积 体积小 独特流动行为 并行单元 快速放大 柔性生产 高通量并行系统 高度集成 过程连续 等温 安全微化工技术 — 微热技术 层流1 —— 恒壁温2 …… 恒壁热通量 湍流 Re3 —— 10004 — -— 20005 —— 50006 — — 10000实验点: 5000