化学专业英语翻译(修订版)33化学反应速度

化学专业英语翻译（校准版）33化学反应速度Introduction介绍Inthischapterwelookintohowchemicalreactionsoccur.Theprincipalaspectweexamineistherateofareaction,andweshallseehowit.dependsonthetemperatureandtheconcentrationsofthespeciesthatarepresent.在本章中，我们来看看化学反应是如何发生的。我们研究的主要的方面是反应速率，我们将看到温度和存在的物质的浓度是如何影响化学反应速率的。Therearetwomainreasonsforstudyingtheratesofreactions.Thefirstisthepracticalimportanceofbeingabletopredicthowquicklyareactionmixturewillmoveitsequilibriumstate:theratemightdependonanumberoffactorsunderourcontrol,suchasthetemperature,thepressure,andthepresenceofacatalyst,and,dependingonouraims,wemaybeabletomakethereactionproceedatanoptimumrate.Forinstance,inanindustrialprocessitmightbeeconomicalforthereactionstoproceedveryrapidly;butnotsorapidlyastoproduceanexplosion.Bycontrast,inabiologicalprocessitmaybeappropriateforareactiontoproceedonlyslowly,andtobeswitchedonandoffatthedemandofsomeactivity.研究反应速率的主要原因有两个。首先是具有实际重要性的一点，也就是能够预测反应混合物何时到达它的平衡状态：化学反应速率可能取决于一些我们控制之下的因素，如温度，压力和催化剂的存在，而且，根据我们的目的，我们也许能够使化学反应以一个最佳的速度进行。比如，在工业流程中，可能由于化学反应进行得非常迅速从而带来经济效益，但是也不能太过迅速以至于产生爆炸。相反，在一个生物进程中，化学反应可能只有进行得缓慢才是合适的，并且反应根据一些生物活动的需求进行和停止。Thesecondreasonforstudyingreactionrates(which,asweshallsee,iscloselyboundupwiththefirst)isthatthestudyofratescanrevealthemechanismsofreactions.Theterm‘mechanism'hastwoconnotationsinthiscontext.Thefirstistheanalysisofachemicalreactionintoasequenceofelementarysteps.Forexample,wemightdiscoverthatthereactionofhydrogenandbromineproceedsbyasequenceofstepsinvolvingthefissionofBr2intotwobromineatoms,theattackofoneoftheseatomsonH2,andsoon.Thestatementofalltheelementarystepsconstitutesthestatementofthemechanismofthereaction.Theothermeaningofmechanismrelatestotheindividualstepsthemselves,andconcernstheirdetailednature.Inthissense'mechanism'concernswhathappensasabromineatomapproachesandattacksarotating,vibrating,hydrogenmolecule.研究反应速率的第二的原因(我们将在下文看到的,并与第一个原因息息相关)是研究可以揭示化学反应机制。在本文中“机制”这个词有两个涵义。首先是以基元反应的步骤去分析一个化学反应。例如,我们可能会发现氢和溴的反应是通过一连串的步骤组成的，这些步骤是Br2分裂成两个溴原子，然后再攻击H2的其中一个原子,等等。这个就是所有的化学反应都是由基元反应步骤构成的观点。“机制”的另一个涵义是关系到一个单独步骤的本身，以及,关注他们的具体性质。在这个涵义上的“机制”是关注当一个溴原子接近和攻击一个旋转、振动的氢分子时发生了什么。Thefirsttypeofanalysisofmechanismisthecentralfeatureofclassicalchemicalkinetics,andweconcentrateonitinthischapter.Thesecondtypeofanalysis,calledchemicaldynamics,hadtoawaitthetechnologicaladvancesthatmadeavailablemolecularbeamsforthestudyofindividualmolecularcollisions,andisdiscussedinthenextchapter.Thedividinglinebetweenchemicalkineticsandchemicaldynamicsisnotclearcut;crudemodelsofindividualreactionstepswerebuiltonthebasisofkineticanalyses,andweseesomethingofthisinthepresentchapter.第一种机制分析是经典化学动力学的核心特点，并且我们集中在这一章中讨论。分析的第二类型称为化学动力学，必须等待技术进步以提供研究单个分子的碰撞的分子束，并将在下一章加以讨论。经典化学动力学和化学动力学之间界限是不明显的，各个反应步骤大概的模型是建立在经典化学动力学分析的基础上，我们可以在本章看到。Empiricalchemicalkinetics经验化学动力学Thebasicdataofchemicalkineticsaretheconcentrationsofthereactantsandproductsasfunctionsoftime.Themethodselectedformonitoringtheconcentrationsdependsonthenatureofthespeciesinvolvedinthereaction,andonitsrapidity.基本资料中的化学动力学是反应物和产物的浓度作为时间的函数。浓度的检测的方法的选择取决于自然物种参与的反应和他们的反应速度。Manyreactionsgotocompletion(thatis,attainthermodynamicequilibrium)overaperiodofminutesofhours,andmaybemonitoredbyclassicaltechniques.Oneofthefollowingmethodsisoftenchosen.很多反应的完成(即热力学平衡)经过一段时间的分钟数或小时数，可以用经典方法来检测。下面的方法是常被选择的方法之一。Pressurechanges.Areactioninthegasphasemightresultinachangeofpressure,andsoitsprogressmaybemonitoredbyrecordingthepressureasafunctionoftime.Aninstanceofthisisthedecompositionofnitrogen(V)oxide,N2O5,accordingtoForeverymoleofN2O5destroyed,5/2molesofgaseousproductsareformed.andsothepressureofthesystemincreasesduringthecourseofthereaction.Thismethodisinappropriateforreactionsthatleavetheoverallpressureunchanged,andforreactionsinsolution.1)压力的变化。在气相中的反应也许会导致压力的变化，它的反应进度的检测可以

通过记录压力作为时间的函数来进行。这是个实例：五氧化二氮的分解，根据：通过记录压力作为时间的函数来进行。这是个实例：五氧化二氮的分解，根据：（五氧化二氮的分解方程式）每反应1摩尔五氧化二氮，便有2.5摩尔气体生成，所以在反应过程中系统的压力会增加。这个方法不适合总体压力不变和在溶液中的反应。Spectroscopy.Atechniquethatisavailableevenwhennopressurechangeoccursisthespectroscopicanalysisofthemixture.Forinstance,thereactioncanbefollowedbymonitoringtheintensityofabsorptionofvisiblelightbythebromine.光谱研究。光谱研究是一个即使没有压力的变化发生也依然有效的对混合物进行光谱分析的方法。例如：反应可以通过检测溴在可见光中强度的吸收被追踪。Polarimetrv.Whentheopticalactivityofamixturechangesinthecourseofreaction,itcanbemonitoredbymeasuringtheangleofopticalrotation.Thisisahistoricallyimportantmethodbecauseitsapplicationtothehydrolysisofsucrosewasthefirstsignificantstudyoftherateofareaction(byWilhelmyin1850).旋光计。当混合物的光学活动在反应过程中变化时，它可以通过测量光学的旋转角度的方法被检测。从历史上看这是一个重要的方法因为它对蔗糖水解的应用程序是对反应速率的第一个显著的研究。(威廉米，1850年)Electrochemicalmethods.Whenareactionchangesthenumberornatureofionspresentinasolution,itscoursemaybefollowedbymonitoringtheconductivityofthesolution.Oneveryimportantclassofreactionsconsistsofthoseoccurringatelectrodes,andweexaminetheminChapter3D.电化学方法。当离子的数量和性质在溶液中呈现反应变化时，它的进程可以通过检测溶液的电导率从而被跟踪。那些由发生在电极上的一类非常重要的反应我们将在30章在学习。Miscellaneousmethods.Othermethodsofdeterminingcompositionincludemassspectrometryandchromatography.Inordertoemploythesetechniques,asmallamountofthereactionmixtureisbledfromthereactingsystemataseriesoftimesaftertheinitiationofthereaction,andthenanalyzed.Therearethreemainwaysofapplyingtheseanalyticaltechniques.其他方法。其他的可以确定组成的方法包括质量光谱法和色谱法。为了采用这些技术，少量的反应混合物在一系列反应体系的时间减少后开始反应，然后分析。应用这些分析方法有三种主要的方法。Realtimeanalysis.Inthismethodthecompositionofthesystemisanalyzedwhilethereactionisinprogress.实时分析。在该方法中系统的构成,分析了反应的进程。Quenching.Inthismethodthereactionisfrozenafterithasbeenallowedtoproceedforacertaintime,andthenthecompositionisanalysedbyanysuitabletechnique.Thequenchingcannormallybeachievedbyloweringthetemperaturesuddenly.butthisissuitableonlyforreactionsthatareslowenoughfortheretobelittlereactionduringthetimeittakestocoolthemixture.淬火法。在这种方法中反应是被冷却一段时间后才被允许继续进行的，然后可以通过任何合适的方法分析混合物的组成。淬火法通常可以通过突然降低温度来实现，但是这仅仅适用于那些反应慢得足以让在冷却混合物所花费的时间期间只有一点点的反应的反应。Flowmethod.Inthismethod,solutionsofthereagentsaremixedastheyflowtogetherintoachamber,Fig4.Thereactioncontinuesasthethoroughlymixedsolutionsflowthroughtheoutlettube,andobservationofthecompositionatdifferentpositionsalongthetube(forexample,byspectroscopy)isequivalenttoobservingthereactionmixtureatdifferenttimesaftermixing.Reactionsthatarecompletewithinafewmillisecondscanheobservedwiththistechnique,butitsprincipaldisadvantageisthatlargevolumesofsolutionsarenecessary.Themethodhasbeenimproved,andamodification.thestopped-flowmethod,isinwideuse.流动法。在这种方法中，将试剂溶液流动到一个腔中的方法将其混合起来，如图4。反应持续进行直到彻底混合溶液流出排水管。然后沿着管道观察不同位置的成分(例如，通过光谱)就相当于观察反应物在混合后的不同时期。在几毫秒内完成的反应也可以通过这个技术观察。但它的主要缺点是必须进行大批量的检测。但该方法已得到改善,停流的方法已被广泛使用。Theratesofchemicalreactionshavebeenfoundtodependverystronglyonthetemperature,andmanyfollowtheArrheniusratelaw,thattherateisproportionaltoexp(-Ea/RT),whereEaistheactivationenergyofthereaction.Theimplicationofthisobservationforexperimentalstudiesisthatthetemperatureofthereactionmixturemustbeheldasconstantaspossiblethroughoutthecourseofthereaction;otherwisetheobservedreactionratewillbeameaninglessaverageofratesatdifferenttemperatures.Thisrequirementputsseveredemandsonthedesignoftheexperiment.Gasphasereactions,forinstance,areoftencarriedoutinavesselheldincontactwithasubstantialblockofmetal,andliquidphasereactions,includingflowreactions.mustbecarriedoutinanefficientthermostat.人们发现化学反应速率受温度很大影响，并且大多数都遵循阿伦尼乌斯定律、即速率正比于(-Ea/RT),式中Ea是反应活化能。这就意味着这个实验研究的观测要尽可能的在整个过程中保持反应混合物的温度恒定。否则，观察到的反应速率将会是一个毫无意义的在不同温度下的平均速率。这样就对实验设计提出了严格的要求。例如，气相反应中,通常是在一个容器中用大量的金属块安装触媒；在液相反应中,包括流动的反应，必须安装有效的温控器。Thegeneralresultoftheseexperimentsisthattheratesofchemicalreactionsdependonthecompositionofthereactionmixture,andmostdependexponentiallyonthetemperature.Thenextfewsectionslo