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物理化学
1.12.1.1 一、化学动力学的任务、目的和发展(Mission, Purpose and Development ...
一、化学动力学的任务、目的和发展(Mission, Purpose and Development of Chemical Kinetics)

化学动力学的基本任务是研究化学反应的速率及各种因素(如浓度、温度、压力、催化剂、光、介质等)对化学反应速率的影响。还研究化学反应实际进行时,要经历哪些步骤。所以化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。它的最终目的是为了控制化学反应过程,以满足生产和科学技术发展的需要。它的研究无论在理论上还是实践上,都具有重要的意义。通过化学动力学的研究,可以知道如何控制反应条件,以达到提高主反应的速率,抑制或减慢副反应的速率,减少原料消耗,增加产品产量,提高产品质量的目的。化学动力学还告诉我们如何避免危险品的爆炸,如何防止金属的锈蚀和塑料、橡胶及合成纤维的老化等等。

由于化学动力学比热力学复杂得多,其发展又远比热力学晚,所以,在理论上的发展远远不及化学热力学。化学动力学发展至今近百余年,它经历了宏观动力学和微观动力学两个阶段。宏观动力学主要是研究化学反应速率与反应过程中的温度、浓度、压力、催化剂等参数之间的函数关系,其实验方法离不开温度的控制、浓度或压力的测量与时间的记录,根据实验结果,设计出与反应速率方程相吻合的反应机理。由于测试手段的水平较低,此阶段对反应动力学研究仅能停留在对“慢”反应的考察,因此只能从宏观角度获得一些结论。20世纪40年代以来,由于分子束和激光技术的飞速发展与应用,使化学动力学的宏观研究深入到原子、分子的微观层次,已能获得反应过程中微观方面的信息,进入了化学动力学的微观阶段,开始考察“快”反应,此阶段的研究是当今化学研究中十分活跃的领域。物理化学家李远哲(美籍华人)等在1986年获得了诺贝尔化学奖,以肯定他们在交叉分子束研究中所取得的成就。美国物理化学家和化学物理家Ahmed H.Zewail开拓了飞秒化学领域,利用飞秒激光脉冲技术第一次直接从实验上观测到化学反应过程,于1999年获得了诺贝尔化学奖。

但应指出,到目前为止,所形成的化学动力学的理论尚不完善,还不能真正定量地说明和解决化学反应的动力学问题。因此,微观动力学的研究还有待于学者们不懈的努力。本章主要讨论宏观动力学。