化学动力学基础材料.pptx
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1、两个分子的一次碰撞过程 两个分子在相互的作用力下,先是互相接近,接近到一定距离,分子间的斥力随着距离的减小而很快增大,分子就改变原来的方向而相互远离,完成了一次碰撞过程。有效碰撞直径和碰撞截面 运动着的A分子和B分子,两者质心的投影落在直径为 的圆截面之内,都有可能发生碰撞。称为有效碰撞直径,数值上等于A分子和B分子的半径之和。AB分子间的碰撞和有效直径 虚线圆的面积称为碰撞截面(collision cross section),数值上等于 。A与B分子互碰频率 将A和B分子看作硬球,根据气体分子运动论,它们以一定角度相碰。互碰频率为:相对速度为:两个A分子的互碰频率 当体系中只有一种A分子,
2、两个A分子互碰的相对速度为:每次碰撞需要两个A分子,为防止重复计算,在碰撞频率中除以2,所以两个A分子互碰频率为:硬球碰撞模型 将总的动能表示为质心整体运动的动能 和分子相对运动的动能 ,两个分子在空间整体运动的动能 对化学反应没有贡献,而相对动能可以衡量两个分子相互趋近时能量的大小,有可能发生化学反应。设A和B为没有结构的硬球分子,质量分别为 和 ,折合质量为 ,运动速度分别为 和 ,总的动能为有效碰撞分数 分子互碰并不是每次都发生反应,只有相对平动能在连心线上的分量大于阈能的碰撞才是有效的,所以绝大部分的碰撞是无效的。要在碰撞频率项上乘以有效碰撞分数q。反应阈能(threshold ene
3、rgy of reaction)反应阈能又称为反应临界能。两个分子相撞,相对动能在连心线上的分量必须大于一个临界值 Ec,这种碰撞才有可能引发化学反应,这临界值Ec称为反应阈能。Ec值与温度无关,实验尚无法测定,而是从实验活化能Ea计算。碰撞理论计算速率系数的公式(1),(2)式完全等效,(1)式以分子计,(2)式以1mol计算。反应阈能与实验活化能的关系实验活化能的定义:碰撞理论计算速率系数的公式:将与T无关的物理量总称为B:总结:阈能Ec与温度无关,但无法测定,要从实验活化能Ea计算。在温度不太高时,Ea Ec概率因子(probability factor)概率因子又称为空间因子或方位因子
4、。由于简单碰撞理论所采用的模型过于简单,没有考虑分子的结构与性质,所以用概率因子来校正理论计算值与实验值的偏差。P=k(实验)/k(理论)概率因子(probability factor)(1)从理论计算认为分子已被活化,但由于有的分子只有在某一方向相撞才有效;(2)有的分子从相撞到反应中间有一个能量传递过程,若这时又与另外的分子相撞而失去能量,则反应仍不会发生;(3)有的分子在能引发反应的化学键附近有较大的原子团,由于位阻效应,减少了这个键与其它分子相撞的机会等等。理论计算值与实验值发生偏差的原因主要有:碰撞理论的优缺点 优点:碰撞理论为我们描述了一幅虽然粗糙但十分明确的反应图像,在反应速率理
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