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好 各位同学

那么从今天开始

我们将讲一个很重要的专题

就是化学动力学

那么正像我前面已经提到过

对于化学动力学来讲

以前我们只是知道

它有一个非常快速的反应

事实上的话

化学动力学在燃烧当中

实际上起了非常关键的作用

那么首先我们从两个问题出发

大家都知道

我们古代有所谓的

燧石取火和钻木取火

大家想一想

为什么通过这两种方式

能够获得火焰和燃烧

它的原理是什么

大家可能马上就想到

它主要是摩擦

摩擦了以后会生热对不对

好 为什么热了以后

它燃烧就能够进行

这个可能大家都没有想过

觉得这很自然 对吧

燃烧就是要先把它加热

热了以后就烧起来了

那很多实际上比如燃料

比如我们很多的石油 天然气

它并不是说遇到空气就会烧

而是一定要在一定的条件下

才会烧

而其中很重要的一个条件

就是温度

好 我们在解决

这样一个燃烧问题的时候

那么最重要的实际上就是要了解

研究这样一些燃烧问题

最关键的因素

我想用这样的例子

让大家记住一个事情

对于化学动力学来说

温度是一个非常重要的因素

那么第二个问题的话

就是有人做过一个

非常有趣的实验

大家知道一氧化碳是一种燃料 对吧

那么如果用空气去燃烧的话

是很自然就燃烧了

后来的话

有人为了正确的去做

一氧化碳的燃烧实验

他为了正确的做（实验）

他用纯的氧气和纯的氮气

来配出这个空气

就21%的氧 79%的氮

但发现

用这样的一个配合的气

这样的空气的比例

发现没有办法把一氧化碳点燃

烧不起来

大家想一想

这又是什么问题

我们空气当中

主要的就有这两个成分

对 大家可能在动脑筋了

那么事实上

它这里边最最重要的因素

实际上就是水的存在

我们经常会说

水是一般是用来灭火的

而在这水是可以用来

催化一氧化碳的燃烧

所以这是一个非常有意思的

一个现象

那么通过我们接下来的

燃烧的学习

我们会把刚才这两个问题

如何定量的研究

作为我们一个重点

好 本章我们的话

不可能把所有的

化学动力学的问题

都能够把它讲清楚

那么我们主要的话

非常简单的给大家讲一下

化学动力学

主要研究的一个内容是什么

那么会引入所谓的总包反应

和基元反应的概念

我们会用一个分子碰撞的理论

非常简单的一个

双分子碰撞理论

来解释基元反应的基本的过程

后面的话

我们当然还会讲一些

基本的基元反应

包括我们会讲一个

多步的反应的速率

包括净生成率

包括它的速率系数

和平衡常数的关系

那么后面的话

实际上会引入两个非常重要的

那么今后我后面会讲到

在简化机理的时候

非常重要的两个假设

一个是稳态近似的方法

那么通过稳态近似的方法

我们会对链式反应

做一个比较系统的讲解

那么同时

我们会讲一下局部平衡

的这样一个理论

这也是可以用于机理的简化

在我们真实的燃烧过程当中

实际上化学所占有的比例

主要是要看它

化学反应的时间尺度

那么实际上

我们上一章已经学习了扩散

实际上传质

质量传递的速度

包括流动的速度

传热的速度等等

这些时间尺度

互相之间的这种竞争

是在燃烧过程当中

非常重要的

所以我们会专门讲一下

化学反应的时间尺度的概念

那最后的话

会非常简单的讲一下

机理的简化

以及异相反应的问题

好 那么化学反应从本质上讲

它实际上是决定了

燃烧的基本的

化学过程以及它的速率

而且化学动力学本身又决定了

污染物的形成和分解

这些的话

是我们现在越来越关注的

包括比如像点火的过程

还有熄火的这种过程

因为它涉及了一些

慢速的化学过程

那么这些过程的话

跟化学动力学是密切相关的

这种化学动力学

及其把它基元反应的

这样一个机理的过程

实际上是物理化学的

一个专门的领域

那我们实际上

最重要的是要做两件事情

一个的话

就说到底从反应物

到生成物

比如很简单的一个反应

比如是甲烷

我跟氧气燃烧

变成了水和二氧化碳

是不是这么简单的一步

就到了二氧化碳和水

实际我们后面会看到

它实际上这是一个

非常非常复杂的过程

我们需要把这样的过程

定义出来

它是怎么样一个途径

而第二个的话

我们要学习怎么去确定

它的这个过程当中的速度

那我们在第二章热力学里边

我们知道是从一开始

我们知道了一个反应

从比如甲烷和氧气反应

变成二氧化碳和水

这个我们最终的状态我们知道

但这个速度多快我们并不知道

所以我们要通过

化学动力学的研究

知道它的详细途径以后

还需要（知道）它的速度

进行得多快

最后当然我们希望能够把

详细的途径速率每一个

因为详细途径可以证明

它里边涉及到非常非常复杂的

这样一个化学过程

我们把所有的这种化学过程

详细列出来

同时每一个过程的速率

能够出来的话

我们就能够构建一个燃烧的系统

或者一个反应系统的

这样一个大的模型

最后能够去求解它

这我想是我们

这一堂课的一个目的

那么我们这一节课

也就是说我们主要的任务

是把化学动力学的基本概念

给大家做一个介绍

刚才我已经把主要的内容

跟大家做了介绍

那么接下来下一章

也就是说我们在第五讲里边

我们专门要讲跟燃烧相关的

几个重要的化学机理

那实际上我们讲化学

可能会非常广泛

但是跟燃烧相关的化学机理

实际上我们就讲五个重要的机理

那么大家

通过这两章的学习

我们能够把化学的动力学

化学机理的基本概念建立起来

同时

我们再在后面第七章的话

试图跟前面学的热力学

我们的传质

包括我们的热化学

热力学和流体力学等等结合起来

组成一个反应系统的

求解的一套方程和模型

这我想就是我们要讲的一些

基本的内容

那我们从反应来看

那么大家在直观的很理解

有的反应特别特别快

可以想燃烧通常是非常快的

还有大家都知道一些爆炸的过程

那是非常非常快的

但有一些比如像

食物的变质

那通常比如夏天

可能是一天它就变坏了对吧

大家都有经验

所以大家都有冰箱

这也是可以看到

温度对食物的变质

是影响非常大的

那这又是一个温度

对化学的影响的一个案例

另外还有很多这种

比如我们吃药

吃药有的不一样

比如我们如果是心脏病的药

要非常快速

一吃马上就能够解决问题

但有一些药

比如像我们治过敏的很多药

希望它能够长效

我吃一颗药

能够一天两天

都能够保持这种效果

所以他这个都是

实际上它里边都是

产生各种各样的反应

这种反应的话

都是有慢 有小（快）

所以那么在

化学反应和时间的

基本的关系

是我们刚才说了

已经是它速率的关系

那么任何一个化学反应

我们希望（知道）它要多长时间

那么这个多长时间的话

我们就用一个

标准的定义

也就是说

化学反应的反应速率来表达

那么这个反应速率怎么来定义

也就是说实际上是单位时间

它的反应物的浓度的变化

我们是这么来定义的

比如我们最简单的一个反应

就A+B=C

也就是说A和B合成变成C

那么它的化学反应速度

它既可以是什么

A的浓度的变化

单位时间A的浓度的变化

那么它实际是一个消耗的反应

B的浓度的变化

同时也等于C的浓度的变化

那么C是增加

A和B是减少

所以看一下它的符号是不一样的

所以速率实际上就是浓度的变化

我想这是非常重要的

那么我们也可以把这种速率

如果完全可以做一个图来解答

那你会发现

这个图不是一个线性的

也就是说随着化学的进行

它的化学反应速度

是不断在变化的

那么最简单的一个案例

这两张图实际上是表达了

这么一个过程

比如左边这个图

实际上是表示的反应物

反应物随着时间进程

是不断的在减少

而右边这个就是生成物

而生成物随着时间

在增加

那么它的化学反应的速度

就是反应物的

随时间的变化率

或者生成物随时间的变化率

这两个实际上是

如果是同一个反应应该是相当的

但也有一些

比如说是两个A的物质

和一个B的物质

变成三个C的物质

那么这个时候

你看它定义的时候

你发现A物质的浓度的变化

和B物质的浓度的变化

和C物质的浓度变化

他们就不相等了

有一个化学计量关系

所以实际上是B浓度时间的变化

是等于A浓度变化的

二分之一

是C浓度变化的三分之一

所以这个的话

希望大家今后在真正表达的时候

互相之间的关系要非常熟悉

那我们

再来看看刚才说了

它整个随着时间

就是速度也在发生变化

那么我们通常

需要定义一个

定义一个平均的速度

平均速度的话

实际上就非常简单

我们只需要

在我们所需要研究的

这个时间范围内

把它整体的

速度的整个变化

和它整体的时间

一除就是它的平均速度

我想这个就很容易理解

我就不详细说了

所以说化学动力学

我们通过前面的

这样一个基本的描述

知道化学反应的速度

是跟它反应物的浓度相关的

也就是说我们有人发现

比如他随着反应物的浓度的变化

反应速度是在减少的

那么它会有哪些相关

后面我们会慢慢的证明

跟反应物的浓度

还跟什么 温度

那么还有一个很有趣的

它里边可能跟它里边的催化剂

如果有一些固体表面

比如催化剂

固体催化剂的表面

如果是气固反应

那么跟它的表面积还有关系

在数学上的话

我们通常用速度的这种规律

来表示反应速度和刚才所说的

这些因素之间的关系

那么通常

反应物的浓度

是指数率的上升

所以这个是非常非常快速的

那么所以的话

一个质量作用定律

如果我们说有a摩尔的A物质

和b摩尔的B物质

来产生这个产物的话

那么它的速度

如果我们把它写出来的话

就是A浓度的变化率

就是Δ[A]/Δt应该等于

等于一个k乘上A浓度的m次方

B浓度的n次方 C浓度的p次方

那么这个m n p

这个小写的这三个

实际上就是反应级数

这个我们称之为反应指数

那么其中C的话

是一种催化剂的浓度

A和B当然就是反应物的浓度

这就是实验当中

发现它有这么一个规律

那么根据这个规律的话

上面这个m n这个值的话

如果m=1

我们把它称之为叫一级

我们m=2

我们把它称之为二级

m加上n是多少

我们称为几级

比如像m如果等于2

n就等于1

两个加起来就是3级了

这个都是实验观察所得到的

一些基本的规律

那么对于一级反应

大家都知道

实际上什么意思

就是d[A]/dt应该跟A的浓度成正比

那大家想一想

A的浓度随着时间会怎么样

就是一个对数的关系

这个一积分就出来了

大家很容易理解

那么这个二级的关系什么

二级的关系实际上

就是一个什么关系

实际上就是一个时间的

正比的关系

当然三级就会（更）复杂一点