反應速率(Reaction Rate)

反應速率(Reaction Rate)
台北市立第一女子高級中學二禮3號婕,二禮 40號 鄭佳怡/台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

對特定反應而言，反應速率(reaction rate)的定義是單位時間內反應物或產物生成的快慢。研究反應速率的理論屬於化學動力論(Chemical kinetics)，這些化學動力論的觀念用在許多領域，像是：化學工程學、酵素學、和環境工程學等。影響反應速率的因素很多：物質本性、溫度、濃度、壓力、固體顆粒總表面積、催化劑、溶劑種類、電磁波、同位素、試劑添加順序及攪拌等，分別簡介如下： (1) 物質本性 某些反應本質上就比其他來的迅速，舉例而言，在空氣中鐵的氧化，是長達數年的緩慢反應，但是丁烷的燃燒卻只需要數秒的時間。依據碰撞學說(collision theory)，活化能愈高的系統，其反應速率愈慢。 (2) 溫度 依據碰撞學說，通常在較高溫下進行反應，透過增加分子的碰撞，可以使反應速率提高。然而主要的原因，是因為碰撞的分子擁有比較高的能量，而導致有效碰撞的增加，也就是說原子間的化學鍵較易被打斷和生成。溫度的影響在阿瑞尼士方程式(Arrhenius equation)裡有被提及，一般而言，溫度每上升10℃，反應速率會增為2~3倍。 (3) 濃度、壓力及固體顆粒總表面積。

大多數的反應速率隨著反應物濃度增加而上升，此現象也被研究歸納成為反應速率定律(rate law)。以碰撞學說解釋濃度效應：當反應物的濃度上升時，所有反應物粒子的碰撞頻率也增加。氣相反應中，氣體壓力也會影響反應速率。氣體分壓乃是與氣體濃度成正比，氣體分壓隨著氣體濃度的增加而增加。對液態或固態的反應物而言，壓力的影響就變得很微弱。在許多異相(heterogeneous phase)反應中，反應物需接觸到固體顆粒表面，則反應速率會隨著接觸總面積的增加而上升。因此使用顆粒愈小的固體粉體，其反應速率會高於顆粒較大的固體塊材。 (4) 催化劑 催化劑的存在使正逆反應速率皆增加。依據碰撞學說，催化劑可提供一個較低活化能的替代途徑。例如鉑金屬在常溫下可催化氫氣和氧氣的化合。 (5) 其他因素 許多反應是在溶液中產生，而溶劑的屬性和溶液中離子的強度也會影響反應速率。電磁波是一種能量狀態，所以它也會使反應速率上升，而使反應因為它提供的能量而產生，許多光化反應皆與電磁波性質有關。同位素也會影響反應速率，例如分子質量的不同而使氘跟氚的反應速率和氫不一樣。反應物的添加順序及攪拌動作皆可對反應速率的產生影響。

參考資料：
Reaction rate. http://encyclopedia.thefreedictionary.com/reaction+Rate