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1、精选优质文档-倾情为你奉上 1 化学的起源化学可以被广泛的定义为分子的科学和它们之间的转换。和数学不同，化学在人类之前。我们的星球（地球）上的生命和人类的外观很可能是化学进程的具体结果。化学过程从历史的开端一直到现在都出现在人们的生活中。最初，这些过程不在我们的掌控之中，例如，果汁的发酵，肉和鱼的腐烂，木头的燃烧。后来我们学着去控制化学进程使用它来生产不同的产品，比如食物，金属，陶瓷和皮革。在化学的发展上，主要区分为四个阶段：史前化学，希腊化学，炼金术，科学化学。早期的化学很明显是被人们实际需要所激发的。火的发现提供了史前人类开始控制化学反应的一次机会。他们合成一些黄铜，青铜和其他易得材料的物
2、品。因为人类早期对化学过程的应用早于记载，所以没有关于它们化学技能的记录。唯一可以判断它们化学能力的是考古的发现和不同的人造品。正如早期数学发展一样，实际需要影响着化学的发展。但是化学和数学在这个阶段很可能没有关系。即使有，也没有记录来确定这些。希腊化学主要建立在推测的基础上而不是在实验的基础上。这是古希腊所有科学的普遍特征。古希腊科学家实际上是哲学家，所以希腊对思考如此感兴趣盛于实验也就不足为奇了。事实上他们很少做思考之外的实验。这对数学是一个好的方法但是却不是对于物理，化学和生物科学。然而，希腊人思考了许多关于自然和物质结构，他们可以被看作早期化学理论的创造者。希腊引进了元素的概念总共提出
3、了四种元素。Thalesren认为所有的东西来自一种基本的物质，就是水。Anaximenes,接受了元素的概念，但他认为来单独的元素自于空气中的物质。Heraclitus，认为宇宙的基本的特点是不断变化的，把火作为永久变化的元素。Empedocles摒弃了了单独元素的概念并引进了四种元素：水，空气，火和土，他也因为他的实验证明了空气是一种物质结构而出名。火这种元素最早被柏拉图引用他猜测每种元素的粒子有特定的形体，尽管这种粒子太小以至于看不见。因此，火的最小的粒子有规则的四面体结构，空气是八面体，水是二十面体，土是立方体（主要是六面体）。规则的四面体，八面体，二十面体，立方体是多面体的例子，总共
4、有五种。规则的的多面体表面是全等的规则体，点和点是全等的。火是被认为最小，最尖锐和最轻的在所有的元素中，因为它很容易伤人和熄灭。看似规则的四面体是自然的选择被认为是火的形状，因为它是规则多面体中最小和最尖锐的。水是最大，最滑和最重的，因为它总是从地表光滑的流入峡谷。因此，正二十面体似乎是一种自然的选择，其形状由二十个正三角形组成。空气在火与水之间，于是出现了自然分配规则的八面体（由八种正三角形组成）空气。那就是正八面体有相同的面。正三角形，作为正四面体和正八面体的面。它面得数量在那两个面数量之间。事实上，这些四面体，八面体和二十面体可以被分解成也可以相似的形成其他多面体的正三角形，柏拉图认为，
5、火，空气和水是可以相互转化的，也就是说，说能够被火转化成空气，然而在高层大气中当空气中没有火时，它就只能转化为水，形成雨或雪。最后一种元素是重而稳定的土。它被假设成为立方体形，由六个正方形组成。因为它不可能减少立方而转变为三角形，也不可能转变为正方形，所以柏拉图认为土不能够转变成为火，空气或者是水。这些都在柏拉图的蒂迈欧篇的对话中被讨论过。在十二面体中，柏拉图看到了宇宙的外部形状，因为在所有规则的正多面体中，它的体积是最接近球体体积的。蒂迈欧篇也包含了一些有关于有机和无机体的组成的讨论，可以被视为一个基本的有关化学的论文。在这一点上应该也许强调，柏拉图教导，理念，形式，是真正的基本模式背后的现
6、象，这是说，思想是最根本的对象。柏拉图的这种四种元素的形状规则很有可能第一次用数学的模型应用在化学上。因为规则的多面体是数学结构物体。这种规则存在着点，面，楞的数量关系，第一次被欧拉发现，所以称为欧拉定理。描述为：V+F-E=2这是被认为第二完美的数学公式。有趣的是，为什么希腊人没有发现欧拉公式呢？可能最简单的解释就是希腊数学比拓扑学要早两千年。作为数学的一部分，拓扑学只注重于处理事物之间的联系，而不关心事物的本质和度量。关于上述元素的一般化论述是被Aristotle提出的。他接受了四种元素的理念，同时引进了元素变化的概念。Aristotle认为通过结合事物相反的基本属性就能获得这些元素。这些
7、属性包括冷、热和冷、湿和干。湿和热的结合产生了空气，湿和冷的结合形成了水。类似的，冷和干形成土。Aristotle还提出了第五种元素，被称为典范的醚。他认为天空和宇宙就是有着第五种元素构成。它定义了一种简单体，其他的物质都能分解为这种简单体但它本身却不可再分。他对一些化学反应进行了分类，首先提到的就是汞和蒸馏技术。Aristotle的思想主导了科学界近两千年。希腊学者还提出了关于物质结构的另一种理论，这关系到物质的可分割性。Leucippus是思考这个问题的打一个希腊哲学家。他认为物质是不能被无穷分解的，应为在物质分解的过程中，物质迟早会被分解的小到无法再被分解。他的学生Democritus，
8、来自于Abdera，继续发展了他的理论。Democritus将这种最终的物质命名为原子，以为不可再分割的。我们常说的术语原子被来源于此。原子的概念是物质结构的原子理论和唯物主义哲学的基础。希腊哲学家们，特别是Aristotle不接受Leucippus和Democritus的原子理论。然而，原子理论并没有就此完结，因为Epicurus将原子理论作为他哲学思想的一部分，Epicurus的哲学思想在接下来的几个世纪都为人追捧。其中之一就是罗马诗人和哲学家Lucretius，他写的一本名曰De，Rerum Nature的精彩教学性诗集。在这本书中他大力颂扬原子理论的Democritus和Epicuru
9、s。Democritus和Epicurus的大部分工作记录都遗失了，但Lucretius的诗集完整无缺的保留了下来，并担任起向现代希腊人传达原子理论的中人。院子的分离和原子弹的出现就证实了原子理论是一个多完美的理论模型。在整个历史过程中，唯心主义哲学和唯物主义哲学一直的相反的，从化学的角度来看哲学，唯物主义为理解化合物的结构提供了一个基础。然而，物质的宏观性质，例如气味、颜色和味道也能被Plato的思想解释，同时他的理论也特别适合学习化合物结构的数学性质。如果我们结合唯物主义哲学在化学方面的实验性成果和唯心主义哲学的理论性成果，很明显，它们都是为化学发展所需的。当然，对于其他学科也是如此。炼金
10、术作为一种化学形式，存在于公元前300年一直到十七世纪的后半叶。这是一个对于化学发展少有帮助的时期。因为炼金术士是一群对于理论和数学都不怎么关心的实验性人员。他们有两个主要目的：（1）点石成金；（2）长生不老。炼金术来源于古埃及。炼金术士的工作中有许多的魔法，并且他们的符号也很难被破译。然而，许多炼金术士所使用的译码系统都是真正的密码和一些基础数学。必须强调的是，化学作为一门科学真正始于时期实际的后半叶。随着Boyle的The Sceptical Chymist一书的出现，炼金术已逐渐转化为现在为人所知的科学化学。从炼金术到科学化学的转化时期持续了一个多世纪。它始于Boyle的书，终止于Lav
11、oisier的Ttaite Elementire de Chimie。在这一时期出现了第一个统一性化学理论，名曰燃素理论。燃素来源于希腊词汇，意思为易燃的。如今，许多字典将化学定义为“研究物质组成、结构、性质和物质相互转化的反应的科学”。然而，知道了化学的定义并不等同于理解了它的实质。事实上，化学是一门实验科学。实验充当了两个角色。它为观察提供了基础，通过观察我们可以定义一些能被理论所解释的问题。同时，它为验证新理论的正确性提供了了一种途径。我们强调实验对于化学的重要性。 2 饮用水质量和健康消除水体中感染的病源是确保公共供水系统安全的主要考虑的因素。在上个世纪，当人们认识到细菌的起因，消除了
12、下水道水污染，应用了消毒处理后，英国和欧洲其他国家的主要流行病：霍乱和伤寒基本消灭了。1937年 在英国，由于氯化处理所有的公共供水系统导致了伤寒流行病。从那时到1986年，在英国的记录中一共有34次水体疾病的爆发。在这些疾病中，21次是由于公共供水系统的消毒失败和水处理带来的污染所造成的。近来出现了一些影响水系统微生物安全性的新问题。但是在保持有效监控策略的同时，通过数种合适的消毒措施保持足够的安全性却使其达到记录史最高水平。尽管早期饮用水标准中已经包含了铅及其他有毒元素的标准。但20世纪后半叶以来，人们对健康因素于饮用水中化学成分关系的关注却仍在不断增加。在20世纪70年代和80年代，最主
13、要的水质化学处理的热点源于色谱以及后来的质谱的应用。起初源于杀虫剂，这些和随后分析科学的发展第一次揭示在痕量中水中的有机物含量有很大范围的变化。这些东西对健康的重要性仍然还不清楚，但毫无疑问，在如此高的浓度下，很多现象已经显现出来。很不幸，饮用水中化学物质的组成严重影响健康，尽管它含量很少很难测量，但在人一生中如此低的浓度的含量也很容易显现出来。由于缺少影响人类健康的鲜明证据，以毒理学估计为基础，许多国家，国际组织采取对饮用水化学成分的预防限制。例如：世界健康组织，美国环境保护署，加拿大健康及福利社，欧盟等。这些限制包含了无机物和有机物的限制。在1971年，世界健康组织一共提出了饮用水中九种化
14、学物质的限制，八种无机物和一种有机物。到1993年，在WHO中饮用水指标中的化学物质限制共增长到94项，22种无机物，72种有机物。这一阶段因此很明显和饮用水标准中增加的复杂性有关。除了考虑对健康的影响外，饮用水的化学成分在消费者的可接受性方面也是相当重要的。它涉及外观，气味，味道，硬度和腐蚀性等。目前公共供水系统的质量要求的规定是在1989年的英国和威尔士的供水法规上定义的。而相同的标准已经被苏格兰和北爱尔兰废除了。英国标准必须符合欧盟指令，指令是水质必须是以人们的消费为目的的。这个法令限低了水中44种物质的含量，很多地区被规范。在欧盟中这些指令提供了国家关于饮用水中物质最低量的基础。对更大
15、范围内的污染物进行更严格的限制，必须包含在自然法规中。例如，英国饮用水标准中增加了11项标准。在1984年和1993年，WHO提出了饮用水指标，这是世界专家所做的最新综述和建议。并且，提出这些是为了负责地给世界范围内的国家机构提供制定饮用水标准的指导。WHO指标还没有立法效应，但它广泛的提供了在饮用水健康方面的有用信息。欧盟的饮用水质量标准的基础，在1985年推行，但貌似在某种程度上WHO的饮用水标准自1970年推出后从没实行过。这个标准已经广泛的被科学界所批判，现在正在审查最近WHO提出的大多数指标。未处理的天然水通常铅的含量很低，饮用水中铅含量几乎完全由家庭中的铅管和服务设施所带来的，它经
16、常但不总是于软水连接在一起，随着和铅管的接触，铅溶解的浓度增加，最大铅含量是在早上首次使用时。现代管道系统避免了铅的使用，但英国的许多旧设施仍然用铅管，甚至在软水地区。除了用铅管，铅也可能是某种焊接材料的成分，合金和聚氯乙烯管也会接触到饮用水。铅通常是一种有毒物并在骨骼内积累，血铅含量经常作为铅含量的指标，许多研究已经表明血铅含量和水中铅含量有关。当今英国饮用水血铅浓度限制是低于50ug/L。饮用水中如此低的铅含量可以导致检测血铅总量的增加，虽然它引起了对可能的结果的关注，但这一事实本事并非坏事。影响儿童学习能力，一般行为的神经生理学因素是最重要的，这些儿童以及孕妇，婴儿是人口中最易感人群。根
17、据一些证据的审核，WHO在1993年建立了一个健康标准，饮用水中铅含量要低于10ug/L。水处理是铅溶解可能的补救措施中最引人注目的。小心的调节PH使其在8到8.5之间，加入少量的正磷酸盐，在某种情况下可以有效的将铅含量减少到50ug/L。然而没有办法用水处理方法来完成10ug/L的铅限量，唯一的补救措施就是完全代替铅而用一种更可行的材料。这是一种很昂贵的选择，WHO已经认识到需要时间来找到这种材料。人们都知道铅溶解难以解决，因而必须来减少消费者对水腐蚀的接触，并建议人们避免使用首次的水。 流经铅管多次的水的含铅浓度根据不同因素决定如接触时间和流量，最主要的是在对比铅的标准进行的水检测时确保样
18、品的条件具有充分的代表性。自从1960年之后，在大英联合王国有大量的证据表明水中硝酸盐的含量有所增加，虽然把这种现象的原因归因于过多的氮肥使用，但是也有一些额外的因素需要被考虑。这些因素包括改变土地的使用，特别是把草原转变成耕地，以及不断增加的废水流入底下水的循环。硝酸盐在引用水中的限制基于它对血液疾病的影响，如正在哺育的婴儿所患有的正铁血红蛋白症。1970年世界健康组织欧洲饮用水标准合适的硝酸盐含量为50mg/L，含量在50100mg/L被认为是可以接受的供量，医学权威警告说超过这个量就有患上婴儿正铁血红蛋白症的可能危险。欧盟饮用水指导允许的最大硝酸盐含量50mg/L，这也是世界健康组织在1
19、933年设立的指导值。在英国硝酸盐的含量超过50mg/L就对邻近的数百万人有潜在的影响，但是并没有婴儿正铁血红蛋白症案例的证据。人们大量的关注在成年人的胃里摄取的硝酸盐被还原成亚硝酸盐的可能性，亚胺的存在导致了内部含氮亚硝基化合物的合成。含氮亚硝基化合物的重要性在于它们中的大多数对实验室的动物有高致癌性，同样也关注到水中高的硝酸盐含量与肠胃和泌尿系统癌症不断增加的发生率有关。在英国整个情况并不是如此，然而还是能支持这个观点。不仅当硝酸盐含量增加是肠胃癌发生率增加，而且在许多地区发现当饮用水中硝酸盐含量很低时仍有很高的肠胃癌发生率。世界健康组织审查了有关水中硝酸盐和胃癌关系的有利证据，得出：胃癌
20、和水中硝酸盐含量的关系没有可信的证据，但在当前指标中，高于这个浓度时，证据是不确定的。 3 元素周期表随着对原子的描述越来越详尽，我们发现自己处于进退两难之地。涉及着100种元素，我们怎样使这些元素保持连续性。一种方法是用元素周期表，周期表把原子信息列成表。它记录着一种元素含有多少质子和电子，它使我们可以计算出大多数元素同位素的中子数。周期表也存有每种元素的电子排列情况。周期表最不寻常的是它的发展是在人们还不知道原子中含有质子和中子之前。道尔顿提出了他的原子模型后不久（一种不可再分的粒子，它的质量取决于它的性质），化学家开始根据原子质量来排列元素。当得出这种元素表，科学家们观测到元素的规律。例
21、如，那些出现在特定的位置重的元素有某些相似性，这一观点已经越来越明显。当时已知的约60种元素中，第二种和第九种元素表现出相似性，第三种与第十种元素，第四种与第十一种元素也都具有相似的性质。1869年，门捷列夫，一个俄国化学家，提出了他们的元素周期表。他列表时考虑到原子质量和元素某种特性的周期性。这些元素主要是按原子质量递增的顺序排列的。在特别情况下，门捷列夫把较重的元素放在较轻元素之前。他这样做是为了在相同列上的元素有相似的化学性质。比如，他把蹄（原子质量=128）放在碘（原子质量=127）之前，因为蹄的性质和硫及硒相似，而碘的性质和氯及溴相似。门捷列夫i在他的周期表中列了许多气体，在他的周期
22、表中留下了一些空格，他非但没有将那些空格看成缺憾，反而大胆地预测还存在着未被发现的元素。而且，他还预测了许多未知元素的性质。在接下来的几年里，许多气体被填充在新发现的元素中。这些元素的性质通常和门捷列夫预测的非常接近。这些伟大创新的预测使门捷列夫的元素周期表被广泛接受。我们都知道，一种元素的性质主要取决于原子最外层能级上的电子数。Na在它的最外层能级（第三层）有一个电子，Li原子在它的最外层（第二层）有一个单独的电子。Na和Li的化学性质相似。He和Ne原子已将所有能级排满，它们性质也相似，就是不容易发生化学反应。很明显，不仅具有相似性电子构型（排列）的原子有相似的化学性质，而且，某种电子排列
23、会比其他的排列更稳定。 在门捷列夫的元素周期表中，大多数情况下元素是按照原子质量排列的。这种排列也揭示了元素化学的周期性。因为电子数决定了元素的化学性质，所以电子数也应该决定元素在周期表中的位置。在现代元素周期表中，元素是按照原子序数来排列的。注意，这个数表明在一种元素的中性原子中有多少质子和中子。现代元素周期表，根据原子序数的递增而排列的，而门捷列夫周期表是以原子质量的递增来排列的，通常原子序数的增加是与原子质量的增加同步的。在特殊情况下，原子质量落后于原子序数，因为原子质量是质子和中子质量的而加和，故原子质量并不完全随原子序数增加而增加。有可能一种较低原子序数的原子有更大的原子质量。因此可
24、以在元素周期表上看出来。Ar原子的质量比k原子的质量重。Te原子比I原子质量重。现代元素周期表的竖列叫做族。每一族的元素在最外层能级上有相同的电子数，因而有相反的化学性质，水平的行叫做周期。每一新周期预示着主电子能级的开始。例如，na从第三行开始。它的最外电子层是第三层第一个电子，因为每一行就开始了一个新的能级，所以我们可以从上到下预测原子的大小，因为当电子远离中子是，容易移动，我们也可以预测到原子越大，电离能越低，电离能是能移动电子的能量。在化学中，元素被分为两大类，金属元素和非金属元素，金属元素通常很硬，有光泽的元素，是可竖的，有延展性，我们也知道电子可以导电导热，现代社会建设中所需的许多
25、坚固框架就是来自金属。五千多年前，金属的发明和使用将人类文明带出石器时代。第二类元素的特点是缺乏金属性，它们是非金属元素。非金属元素通常是气体或液体并不导电。在普遍性之外也有许多需要值得注意的例外，也有非常硬的非金属和很软的金属。比如，C的一种非金属（金刚石）是现知最硬的物质。汞，一种金属，在室温下为液体。几乎每个人对金属有普遍的认识。 除了物理性质之外，金属和非金属在化学性质上也有不同，我们将在后面章节中讨论。区别金属和非金属的性质也不是绝对的，许多元素有折中的性质，许多可归为独立的一类。 划分元素并不局限于将他们划分为这两类。我们发现所有的金属并不完全相同，所以进一步分类是有可能的。这就像
26、人类分为两种性别，男和女。但后来发现可以根据性格进一步划分（内向和外向）。关于金属，我们首先注意到许多化学性质并不活泼。一些金属如铜、金、银是非常耐腐蚀、耐生锈的。许多金属制的硬币和珠宝，不仅因为他们相对稀有美观，也因为他们有化学惰性。由于这个原因他们被称为贵金属。发现于几百年前沉船上的金币和银币沉入海底后，仍然可以打磨出他们原有的光泽。其他的金属却很不同，他们与水和空气反应很剧烈，实际上锂、钠、钾必须保存在油中，因为他们可以与水剧烈地反应（可以达到爆炸）。这些金属可以归纳为我们所知的活泼金属。因此，铜、银、金可以归为一类金属，锂、钠、钾可以归为另一类。以这些金属的相似关系，我们也适当的进行了
27、归类。 到目前为止，周期表中我们主要强调的是竖列。包含一族元素。事实上，在水平行上也有许多相同的特征。周期表中水平行中的元素叫做周期元素。每一周期是以一族元素结束的，称为惰性气体。这些元素就像贵金属一样，由单原子组成性质不活泼。低一周期包含两种元素，H和He。第二、三周期有八种元素，第四、五周期有十八种元素。第六周期有三十二种元素，第七周期有26种（第七周期如果排满将包含三十二种元素）。 每一族是按该元素上方的数字编号的，最常用的是罗马数字后紧随A和B。另一种方法最终被接受，从第一族到第十八族。现在还不确定哪种方法胜出，或选用其他方法会被普遍接受。 4总结 化合物宿命包括：水，盐，糖，氨和石英
28、。Compounds common names include water , salt , sugar, ammonia ,and quartz.1.阳离子命名（the names of cations ) (1).单原子阳离子的名称同元素的名称相同，后跟随离子一词。 The names of monatomic cations are the same as the name of the element , with the addition of the word ion . 例如：钠离子 Sodium ion (2) 当一种元素可以形成不止一种阳离子，用编码-罗马数字等于离子电荷数来
29、命名。 When an element can form more than one kind of cation , we use the stock number , a Roman numeral equal to the change of the cation . 例如： 亚铜离子（Cu+） copper（I) ion 铜离子（Cu2+） copper（II) ion 亚铁离子（Fe2+） iron（II) ion 铁离子（Fe3+） iron（III） ion2. 阴离子命名（Names of Anions） （1）单原子阴离子命名时，元素名作为第一部分，加上后缀ide。 Mona
30、tomic anion are named by adding the suffixide and the first part of the name of the element. 例如：氟离子（F-） flouride 氯离子（cl-） chloride 溴离子(Br-) bromide (2)含氧酸跟命名是以元素命名作主干，加后缀ate。The names of oxoanions are formed by adding the suffix-ate to the stem of the name of the element.例如：碳酸跟（CO32-） carbonate.（3)
31、然而，许多元素可以形成有不同数目氧原子的含氧酸根，含氧较多数目的离子加后缀-ite. However，many element can form a variety of oxoanions with different numbers of oxygen atoms. The ion with larger number of oxygen is given the suffix-ate. And that with smaller number of oxygen atoms is given the suffix-ite.例如：硝酸根（NO3-） nitrate 亚硝酸跟(NO2-) n
32、itrite(1) 若超过两种含氧酸根，具有最少氧原子数目的含氧酸根加前缀hypo-并加后缀-ite，具最多数目氧原子的含氧酸根加前缀per-并加后缀-ate。 Some element form more than two oxoanions. The name of oxoanion with the smallest number of oxygen atoms is formed by adding the prefix hypo- to the -ite form of the name. The oxoanion with a higher number of oxoanion a
33、toms is named with the prefix pre- add to the -ate form of the name. 例如： ClO- hypochorite ClO2- chalorite ClO3- chalorate ClO4- perchlorate （2）含H阴离子，命名是将这些阴离子在开头加“hydrogen. Some anions include hydrogen , the name of these anions begin with hydrogen. 例如：HCO3- hydrogen carbonate（3） ”含氧酸命名是源于对应的含氧酸根，并用
34、-ic acid代替-ate，或用-ous acid代替-ite。 The formulas of oxoanions are derived from those of the corresponding oxoanions, -ic oxoacides are the parent of -ate oxoanions and -ous oxoacides are the parents of -ite oxoanion. 例如：H2SO4 sulfuric acid H3PO4 phosphoric acid3. 离子化合物命名（names of Ionic compound） （1）命名
35、是以阳离子在前，阴离子在后的方式。An ionic compound is named with cation name first , followed by the name of the anion.例如;KCI potassium chloride NH4NO3 ammonium nitrate (2)水合物命名是首先给出化合物名字，后用希腊前缀加hydrate， 前缀表示有多少水分子。Hydrates are named by first giving the name of the compound, then adding the word hydrate with Greek
36、prefix indicating how many molecules of water are found. 例如;CuSO4.5H2O copper（II)sulfate pentahydrate4. 分子化合物命名（names of molecular compounds） 分子化合物命名是用希腊前缀表示每种原子出现的数目，没有前缀的话则表示只有一个原子。 Molecular compound are named by using the Greek prefixes to indicate the number of each type of atom present. No pre
37、fix is used if only one atom of an element is present.例如： PCI3 phosphorus trichloride N2O dinitrogen oxiden SF6 sulfur hexafluoride N2O5 dinitrogen pentoxide 5. 单价金属离子. 命名和书写二元离子化合物，先写金属再写非金属，金属名字不变，阴离子是在词根后加-ide. In both naming and writing the formular for a binary ionic compound , the metal comes
38、first and the nonmental second. The unchanged English name of the metal is used . The name of the anion includes only the English root plus ide. 例如： NaCl sodium chloride CaO calcium oxide6. 多原子离子化合物命名 同上阴离子命名. 5化学动力学：基本原理化学动力学（反应速率）和平衡和动态平衡有关也就是，反应在平衡时是朝着两个方向同时进行的，但是反方向的速率完全相等。上面提到的能量因素也影响反应速率。然而，动力
39、学现象，大多情况下明显不处于平衡状态，这些在理论上的处理比平衡状态更难。因此，尽管热力学能告诉我们在给定温度，压力，浓度条件下，从反应物到具体产物的特定反应是否可以进行，但我们即无法知晓在分子水平上反应如何发生（反应机理）的，也无法知晓达到平衡的速度有多快。由于缺乏有利的机理反应可能无限慢。反应动力学和机理是紧密相连的；反应速率在很大程度上取决于反应分子在空间上如何取向，来建立新键和断裂旧键，有多少潜在的反应分子有足够的能量打破能磊（活化能）生成新键，（对于液相反应）溶剂分子怎样重排有利于活化过程。反应速率表达为在t时刻每秒特定产物的增加，或者每秒生成物的减少量在。对于液相反应，通常用浓度替代
40、总量，对于气体用分压替代。注意到速率值取决于我们怎样定义它。例如，在液相中，I离子和砷酸生成I3-离子和亚砷酸，H3AsO4+3I-+2H+=H3AsO3+I3-+H2O这个反应速率可定义为d【I3】/dt，或-H3AsO4/dt。但是式9.1的计量系数告诉我们最后一个反应速率在数值上是其他两个的两倍。因此我们必须说清反应速率指什么（就像碘离子的消失速率或亚砷酸的生成速率）否则会引起歧义。反应速率方程和机理的关系速率方程，有时也叫速率定律，在时间t内，它和反应物剩余量的活度有关。与平衡表达式不同，速率方程的形式通常不能简单地通过化学计量方程式来获得，除非这个反应是已知的完全一步反应。速率方程必
41、须由实验确定，这个过程包括是否反应为一步反应。活度（事实上是浓度，对于气体是分压）和能量在试验中增加的程度（反应级数）取决于速率方程，并告诉我们哪些分子或哪些片段，在实际中参与反应的控速步。任何没有涉及到的反应物粒子在平静构型和过渡态将不会影响观测反应速率，会在随后的反应中快速消耗。因此反应式9.1中，正反应速率从砷酸，碘离子，氢离子的方面来看是一级反应，（从整体上看是三级反应）。我们不能决定水的反应级数，因为它是溶剂，它的活度一直不变。dI3/dt=kfH3AsO4I-H+ (9.2）在式9.2中，kf是正反应速率常数，平衡态的组成是H4AsO4.尽管它包含着额外的一个或多个水分子的元素，因
42、此我们不能决定溶剂的反应级数。式9.2不能从式9.1中获得。但是考虑到在方程式的浓度因素，立刻告诉我们逆反应的速率定律。因此，根据式9.1平衡表达式写为：K=H3AsO3I3-/H3AsO4I-3H+2 (9.3)并且，在平衡时，正逆反应速率必须相等。-dI3-/dt=krH3AsO3I3-/H3AsO4I-H+2 (9.4) 上面的平衡常数K通过kf/kr得到，逆反应对I-是负二级，对H+是正一级反应。这就意味着逆反应的过渡态包含了砷酸和I3-离子的元素并少了两个I和H，即就是H2AsO3I.正反应也如此，除水分子外，溶剂的加入不影响实验结果。在某种情况下，速率方程会包含竞争反应途径的总和。
43、例如，一种氧化反应将大气污染物SO2转化成硫酸（酸雨的组成），在云中的小水滴包含着溶解的臭氧，O3： SO2(g)+H2O(l)=H2SO3(aq)=HSO3-(aq)+H+(aq) (9.5) HSO3-+O3=H+SO42-+O2 (9.6)式/9.6的反应速率证明是：-dHSO3-/dt=（k1+k2/H)HSO3O3 (9.7) 这暗示两个平衡历程：一种H+和过渡态组成HSO6和速率常数看k1无关，另一种H+与平衡态【SO62-速率常数k2有关。（事实上，式9.5中，【H+也影响着整个液相臭氧氧化过程，通过SO2的溶解平衡。相当复杂的速率方程可由链反应得到，例，Br2和H2在气相中20
44、0*C到300*C间形成HBr。有些反应在链载体上被引发（这儿一个Br*原子是以Br2均裂出来的）接着引发更多的载体（H*+Br2=HBr+Br*，Br*+H2=HBr+H*,如此下去），直到终止链反应。HBr的生成速率方程式如下所示：dHBr/dt=k1H2Br21/2/1+k2HBr/Br2 链反应在某些聚合反应，有机卤化反应，燃烧和爆炸过程中很重要。通常它们涉及自由基（一个分子或原子有单价电子，如Br*），当它们和普通成对电子的分子反应时，它们会生成其他的自由基，详细讨论会在标准文献中提到。 像9.4式这样的微分方程经常用积分形式使用，这样速率常数可以通过测定浓度的简单方法来确定，而不需
45、要确定特定时间的速率。然而速率方程的积分或许很难或可能给出不合适的结果。在这本书中，我们主要关心这类反应速率，读者可查阅文献来了解动力学的积分速率方程。 温度对速率的影响 温度对速率常数的依赖关系通常有Arrhenius公式给出：K=Aexp（-Ea/RT) (9.9) 方程式中Ea是Arrhenius活化能（一般约50-100KJ/mol）。前指数系数A包括了反应物分子碰撞频率和它们相互取向以适合反应的概率。因此，lnK是k氏温度倒数的线性函数，所以，如果我们知道任意两个温度的K，并且在一个温度下Ea已知，我们可以用式9.9计算其他温度。这个方法不适用于两个或两个以上的相似步骤进行反应且Ea
46、不同的情况（除非可以用方程式9.9分别求出不同反应步骤的数值。如可用式9.7求出两种温度下k1和k2值。如在多步反应中，各步骤在温度改变时速率也变化的话，该方法也不适用。在其他情况下，lnK曲线对T-1关系将得到，在大多情况下，简单地使用Arrhenius公式就可得到关系。对于式9.9的另一种选择就是现代动力学的艾琳公式，它是源于在平衡下反应物的过渡态，通过kBT/h给出的。这儿，kB是玻尔兹曼常数，h是普朗克常数，再结合G*=-RTlnK*和G*=-nFE*,可得到K=kBT/h exp（-G=/RT)=2.083*1010T exp-(H=-TS=)/RT (9.10)这里G，H和S分别是自由能，自由焓和自由熵。因此，ln（K/T)对T-1应该是线性方程，这有点和Arrhenius预期不同，但实际上在