化學反應原理

反應式、化學反應式平衡、化學動力學、催化反應

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。

化學反應

化學反應 (Chemical Reaction)
臺北縣立樹林高級中學化學科蔡孟璇實習老師 / 國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

化學反應是某物質轉換成另一種物質的過程。化學反應可以是自發的,不需外加能量;也可能是非自發的,需要被能量像是熱、光或者電引發。一般的化學反應限制在物質間有因電子轉移所發生的化學鍵形成或破壞,現在的化學反應則泛指分子-分子、原子-原子、原子自身內(核反應)的反應。

可逆反應(Reversible Reaction)與化學平衡(Chemical Equilibrium)

可逆反應(Reversible Reaction)與化學平衡(Chemical Equilibrium)
國立暨南大學國企系一年級黃佳琦/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

在探討化學平衡前,必須先了解什麼是可逆反應,在一個可逆反應的前提之下,探討化學平衡,才有意義,換言之,可以探討化學平衡的反應必定是可逆反應。

首先先來談談可逆反應是如何被發現的!西元1798年,拿破崙遠征埃及,亟需一名科學家輔佐諮詢。因考慮在拉瓦節過世後,法國科學界的領導地位漸漸被克勞德貝托萊(Claude Louis Berthollet)取代,拿破崙遂決定聘任社會聲望佳與科學成就卓越的貝托萊,成為其科學顧問。在埃及期間,貝托萊偶然發現,碳酸鈉竟沉積在鹽湖周圍!基於對科學靈敏的認知,他立刻覺察到這應該是高濃度的鹽在水體中緩慢蒸發造成的結果,如果要將此結果寫成化學方程式,則恰是當時已熟知的方程式Na2CO3+ CaCl2–> CaCO3+ 2 NaCl之逆向反應。於是西元1803年,貝托萊在其著作中,提出了『有些化學反應式不只有單向反應;也可以進行逆向反應』的觀點,這也是現今我們所稱之「可逆反應(reversible reaction)」的先驅。

親電子取代反應(Electrophilic Substitution Reaction)

親電子取代反應(Electrophilic Substitution Reaction)
國立新莊高級中學化學科陳偉民教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

親電子劑取代另一個原子或原子團的反應稱為親電子取代反應,被取代的原子通常是氫原子,但不一定是氫原子。親電子取代反應是芳香族化合物的特性之一,芳香族的親電子取代反應是在苯環上導入一官能基的重要方法之一。另一種重要的親電子取代的反應類型則為脂肪烴的親電子取代。

芳香族親電子取代
此類反應中最重要的有:芳香族硝化反應、芳香族鹵化反應、芳香族磺酸化反應、夫[里德耳”>-夸[夫特”>醯化反應(Friedel-Crafts acylation reaction)及夫[里德耳”>-夸[夫特”>烷化反應。
芳香族硝化反應(nitration):

化學反應式

化學反應式 (Chemical Equation)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

化學反應式(chemical equation)用來描述在化學反應中參與的物質、計量關係,以及反應發生所需要的環境與條件。

胡適說得好,正所謂「要怎麼收獲就怎麼栽」,化學反應裡收獲的產物(product),反應物(reactant)提供的原子素材可是一點都不可少。在化學反應式中反應物寫在左邊,產物寫在右邊,中間則用箭號(→)連接,箭頭的方向表示反應進行的方向。

所有的化學反應都不會無中生有,必須遵守「質量守恆」、「原子守恆」與「電荷守恆」的原則,將這些原則應用在化學反應的定量計算,便稱作化學計量(chemical stoichiometry)。

乳化作用

乳化作用 (Emulsification)
臺北市立第一女子高級中學三年級徐鳳霞/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

所謂乳化作用,是指兩種原本互不相溶的液體(例如:油和水)在經過大力攪拌或者添加乳化劑等表面活性劑之後,有一方形成微粒狀,分散於另一方中而互相混合成為均勻狀態。而這樣的作用下所產生的液體就稱之為乳化液。乳化液的組成要素有:

Pages