物質變化

溫度對反應速率的影響

溫度對反應速率的影響 (The Effect of Temperature on Reaction Rate)
國立林口高級中學化學科林明祥老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

東西吃不完怎辦?放到冰箱去避免食物腐敗;鎂帶放到加了酚酞的熱水裡,一下子鎂帶就冒泡且溶液變成桃紅色。兩者表面上看起來是完全沒有關係的事,實際上他們卻傳達了一個相同的概念:溫度影響了反應速率。十九世紀末瑞典化學家阿瑞尼士(Svante Arrhenius, 1859-1927)探討溫度與反應速率的關係,發現速率常數k(rate constant)的自然對數和絕對溫度T的倒數呈正比,又稱為「阿瑞尼士行為 (Arrhenius behavior)」。

ln k = b (1/T) + a   (a, b 常數)
上式積分得k=

A為頻率因子(frequency factor)和碰撞頻率與位相有關;Ea為反應活化能(activation energy)。

化學平衡(二):吉布斯自由能

化學平衡(Chemical Equilibrium)(二):吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)
臺北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

熱力學(thermodynamics)是研究物理與化學變化所產生能量變化的一門學科,主要說明反應在所予的條件下,是否具有自然發生的傾向,但並不考慮其反應的速率與機制;例如由鑽石變成石墨屬於自發性反應但其速率很慢,在常溫常壓下並無法察覺其變化。

自然界的變化傾向於最低能量與最大亂度,一般而言溫度升高將使亂度增大,此亂度增加的傾向卻違反傾向最低能量的趨勢,故達平衡狀態是代表最大亂度與最低能量傾向的妥協。

化學平衡(一):平衡常數Kc與Kp

化學平衡(Chemical Equilibrium)(一):平衡常數Kc與Kp
臺北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立臺
灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

在一個物質與熱量均不可出入的孤立系統(isolated system),某一可逆反應其所有狀態(濃度、壓力)皆不再改變時,代表此反應已達平衡狀態(equilibrium state)。化學平衡為一動態平衡(dynamic equilibrium),若以更細微的實驗觀察(同位素標記、沈澱物的晶體形狀…)就可察覺此時反應仍不斷在進行,其反應之正逆反應速率相等且不為零。

酸鹼滴定

酸鹼滴定(Acid-Base Titration)
臺北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

滴定是將已知濃度的標準溶液滴入已知體積的被測溶液中,待反應達終點(指示劑變色)後,利用標準溶液消耗的體積,計算被測溶液的濃度。

氧化還原滴定(Oxidation-Reduction Titration or Redox Titration)

氧化還原滴定(Oxidation-Reduction Titration or Redox Titration)
臺北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

氧化還原滴定法是以氧化還原反應(Oxidation-Reduction Reaction)為基礎的滴定分析方法,可利用強氧化劑滴定還原物,或用強還原劑滴定氧化物。
  
氧化還原反應中,可利用會產生明顯顏色變化的物質作為指示劑,藉以判定滴定終點。並非所有氧化還原反應皆需要加入指示劑,若氧化劑或還原劑本身有顏色變化,即可作為指示劑。

零級、一級與二級反應與半衰期

零級、一級與二級反應(Zero-Order、First-Order and Second-Order Reactions)與半衰期(Half-life)
國立三重高級中學化學科許余任老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

零級反應(Zero-Order Reactions)

零級反應的速率與反應物的濃度無關,增加反應物的濃度不會增進反應速率。零級反應的典型例子很多是催化分解反應。零級反應的速率定律式(Rate law)為

(式一)     \(\displaystyle r=-\frac{d[A]}{dt}=k\)

速率定律式與反應級數

速率定律式 (Rate Law)與反應級數 (Rate order)
國立三重高級中學化學科許余任老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

速率定律式(Rate Law)

化學反應的速率定律式(rate law)是以數學方式描述反應速率和溶液中反應物濃度關係的反應式。舉一般的反應為例,\(A+B\rightarrow C\),反應速率式為時間的函數, 有兩種表示型式分別為「微分速率定律式(式一)」或「積分速率定律式(式二)」或:

\(\displaystyle r=-\frac{d[A]}{dt}\)(式一)

\( r=k[A]^m[B]^n\) (式二)

\([A]\) 與 \([B]\) 分別表示反應物 \(A\) 與反應物 \(B\) 的濃度(通常單位為M, 莫耳每公升),\(m\) 與 \(n\) 各為 \(A\) 與 \(B\) 的反應級數(rate order),不過不一定等於平衡方程式中化學計量的係數;數值由實驗結果決定。\(k\) 稱為速率常數(rate constant)。\(k\) 值的大小要視反應當時的情況而定,像是溫度、離子強度、吸附劑的表面積大小或照光…等。

反應速率(Reaction Rate)

反應速率(Reaction Rate)
國立三重高級中學化學科許余任老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

反應速率(Reaction Rate)
反應速率是指化學反應發生快慢程度,直接觀察的到的變化就是反應物減少或生成物增加的速度。例如:鐵的氧化在一般的情形下很慢,通常需要經年累月,是一個「慢」反應;而丙酮在火焰中燃燒一瞬間就可燃燒完畢,是一個「快」反應。

研究反應速率的學問稱為「化學動力學(Chemical kinetics)」,屬於物理化學的一部份。化學動力學包含探討反應條件,反應機構和反應過程模型的建立等基礎核心知識,對於化學工程、酵素學及環境工程方面應用,具有很大的意義。

Pages