化學動力學的研究內容和方法

⑴ 地球化學動力學研究步驟和方法

地球化學動力學研究步驟如圖4.11 所示：首先根據研究的地質-地球化學問題，視問題的主次，忽略次要的、突出主要的，使問題合理簡化，形成地球化學動力學的概念模型（conceptual models）。如在研究熱液成礦系統的熱流體對流遷移過程時可側重熱驅動流體的動力學過程，而忽略流體與圍岩的化學反應；在研究礦物蝕變導致礦物自中心到邊緣成分變化、礦物與流體同位素交換等過程時則主要考慮組分的擴散和離子交換反應；研究矽卡岩化過程除考慮流體的滲濾外，還要考慮流體中主要組分K、Na、Ca、Mg、Si、Al的擴散和流體與圍岩的化學作用。對經歷了多期次、多階段、多物質來源的地球化學作用的地球化學系統要重點研究主要階段和主要物質來源。對諸如區域地球化學演化這樣復雜的動力學問題，應對所涉及的各個子系統和過程分別建立動力學模型，從各個側面去把握復雜體系的動力學行為。

圖4.11 地球化學動力學研究的步驟和方法框圖

建立地球化學動力學概念模型，主要有兩條研究途徑：一是應用化學動力學、流體動力學等原理及其相應的數學表述，建立地球化學動力學的數學模型，也稱動力學模型（dynamic models），並在此基礎上，應用有限元、有限差分等數值計算方法，通過計算機數值模擬，獲得動力學系統的演化規律；另一途徑是地球化學動力學實驗。目前主要限於兩類地球化學動力學實驗：一類是高溫高壓水-岩反應動力學實驗，典型的實驗裝置和原理見圖4.12，側重於開

放體系中流體與礦物或岩石顆粒之間的化學反應機制和反應速率研究；另一類實驗是在一個大的容器（稱tank）內通過激光攝像和各種探頭實時檢測容器內流體的運動和成分變化，可以模擬宏觀尺度的地球化學輸運-反應動力學過程，但較難控制溫、壓條件，大多在常壓下實驗。

圖4.12 典型的水-岩反應動力學實驗裝置示意圖

無論是數值模擬還是實驗模擬，都需先確定模型所需的各種動力學參數如流體的密度、粘度系數、圍岩的孔隙度和滲透率、顆粒比表面積等，還要根據實驗研究對象確定邊界條件和初始條件。

數值模擬和實驗模擬各有其長，可以相互補充。計算機模擬的優勢是可以模擬較復雜的地球化學體系，且可以方便地修改模型，或改變動力學參數和邊界、初始條件，得到各種模擬結果，從而研究不同條件下地球化學體系的演化規律。但數值模擬的成果取決於所建立數學模型的合理性和計算機軟體系統的正確性，受研究者主觀判斷和水平的影響。實驗模擬能較為宏觀地模擬地球化學過程，結果更為可信，但受實驗設備和實驗條件等限制，實驗研究只限於比較簡單的地球化學過程和簡單的邊界條件，且較費時費力，目前研究比較成熟的主要限於水-岩反應動力學實驗。

⑵ 地球化學動力學研究步驟和方法

圖4.11 地球化學動力學研究的步驟和方法框圖

地球化學動力學研究步驟如圖4.11所示:首先根據研究的地質-地球化學問題,視問題的主次,忽略次要的、突出主要的,使問題合理簡化,形成地球化學動力學的概念模型(conceptual modesl)。如在研究熱液成礦系統的熱流體對流遷移過程時可側重熱驅動流體的動力學過程,而忽略流體與圍岩的化學反應;在研究礦物蝕變導致礦物自中心到邊緣成分變化、礦物與流體同位素交換等過程時則主要考慮組分的擴散和離子交換反應;研究矽卡岩化過程除考慮流體的滲濾外,還要考慮流體中主要組分K、Na、Ca、Mg、Si、lA的擴散和流體與圍岩的化學作用。對經歷了多期次、多階段、多物質來源的地球化學作用的地球化學系統要重點研究主要階段和主要物質來源。對諸如區域地球化學演化這樣復雜的動力學問題,應對所涉及的各個子系統和過程分別建立動力學模型,從各個側面去把握復雜體系的動力學行為。

圖4.12 典型的水-岩反應動力學實驗裝置示意圖

建立地球化學動力學概念模型,主要有兩條研究途徑:一是應用化學動力學、流體動力學等原理及其相應的數學表述,建立地球化學動力學的數學模型,也稱動力學模型(dynamic models),並在此基礎上,應用有限元、有限差分等數值計算方法,通過計算機數值模擬,獲得動力學系統的演化規律;另一途徑是地球化學動力學實驗。目前主要限於兩類地球化學動力學實驗:一類是高溫高壓水-岩反應動力學實驗,典型的實驗裝置和原理見圖4.12,側重於開放體系中流體與礦物或岩石顆粒之間的化學反應機制和反應速率研究;另一類實驗是在一個大的容器(稱tank)內通過激光攝像和各種探頭實時檢測容器內流體的運動和成分變化,可以模擬宏觀尺度的地球化學輸運-反應動力學過程,但較難控制溫、壓條件,大多在常壓下實驗。

無論是數值模擬還是實驗模擬,都需先確定模型所需的各種動力學參數如流體的密度、粘度系數、圍岩的孔隙度和滲透率、顆粒比表面積等,還要根據實驗研究對象確定邊界條件和初始條件。

數值模擬和實驗模擬各有其長,可以相互補充。計算機模擬的優勢是可以模擬較復雜的地球化學體系,且可以方便地修改模型,或改變動力學參數和邊界、初始條件,得到各種模擬結果,從而研究不同條件下地球化學體系的演化規律。但數值模擬的成果取決於所建立數學模型的合理性和計算機軟體系統的正確性,受研究者主觀判斷和水平的影響。實驗模擬能較為宏觀地模擬地球化學過程,結果更為可信,但受實驗設備和實驗條件等限制,實驗研究只限於比較簡單的地球化學過程和簡單的邊界條件,且較費時費力,目前研究比較成熟的主要限於水-岩反應動力學實驗。

⑶ 化學動力學可以解決那些問題

化學動力學（chemical kinetics）是研究化學反映過程的速率和反應機理的物理化學分支學科，它的研究對象是物質性質隨時間變化的非平衡的動態體系。時間是化學動力學的一個重要變數。

化學動力學的研究方法主要有兩種。一種是唯象動力學研究方法，也稱經典化學動力學研究方法，它是從化學動力學的原始實驗數據——濃度與時間的關系出發，經過分析獲得某些反應動力學參數——反應速率常數、活化能、指前因子等。用這些參數可以表徵反應體系的速率化學動力學參數是探討反應機理的有效數據。
20世紀前半葉，大量的研究工作都是對這些參數的測定、理論分析以及利用參數來研究反應機理。但是，反應機理的確認主要依賴於檢出和分析反應中間物的能力。20世紀後期，自由基鏈式反應動力學研究的普遍開展，給化學動力學帶來兩個發展趨向：一是對元反應動力學的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學、激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。目前，對暫態活性中間物檢測的時間解析度已從50年代的毫秒級提高到皮秒級。
另一種是分子反應動力學研究方法。從微觀的分子水平來看，一個化學反應是具有一定量子態的反應物分子問的互相碰撞，進行原子重排，產生一定量子態的產物分子以至互相分離的單次反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，它是在反應體系的超勢能面上一個代表體系的質點越過反應勢壘的一次行為。
原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確的勢能面，並應用力學定律計算具有代表性的點在其上的運動軌跡，就能計算反應速率和化學動力學的參數。但是，除了少數很簡單的化學反應以外，量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的、完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用於非常快的反應。盡管對於衡假設的適用性研究已經很多，但日前完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。
經典的化學動力學實驗方法不能制備單一量子態的反應物，也不能檢測由單次反應碰撞所產生的初生態產物。分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對研究化學元反應動力學的應用，使在實驗上研究單次反應碰撞成為可能。分子束實驗已經獲得了許多經典化學動力學無法取得的關於化學元反應的微觀信息，分子反應動力學是現代化學動力學的一個前沿陣地。

⑷ 化學動力學是什麼怎麼理解

化學動力學是研究化學反應速率（rate of reaction）和反應機理（mechanism of reaction）的化學分支學科。
主要是確定化學反應的速率以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對反應速率的影響；通過化學動力學的研究，可以知道如何控制反應條件，提高主反應的速率，增加產品產量，抑制副反應的速率，減少原料消耗，減少副產物，提高純度，提高產品質量。化學動力學也研究如何避免危險品的爆炸、材料的腐蝕、產品的變質與老化等問題。所以化學動力學的研究有理論與實踐上的重大意義。
化學熱力學的核心理論有三個：所有的物質都具有能量，能量是守恆的，各種能量可以相互轉化；事物總是自發地趨向於平衡態；處於平衡態的物質系統可用幾個可觀測量描述。化學熱力學是建立在三個基本定律基礎上發展起來的。
熱力學所根據的基本規律就是熱力學第一定律、第二定律和第三定律，從這些定律出發，用數學方法加以演繹推論，就可得到描寫物質體系平衡的熱力學函數及函數間的相互關系，再結合必要的熱化學數據，解決化學變化、物理變化的方向和限度，這就是化學熱力學的基本內容和方法。

⑸ 化學動力學的簡介

化學動力學也稱反應動力學、化學反應動力學，是物理化學的一個分支，是研究化學過程進行的速率和反應

機理的物理化學分支學科。它的研究對象是性質隨時間而變化的非平衡的動態體系。
它的主要研究領域包括：分子反應動力學、催化動力學、基元反應動力學、宏觀動力學、微觀動力學等，也可依不同化學分支分類為有機反應動力學及無機反應動力學。化學動力學往往是化工生產過程中的決定性因素。
時間是化學動力學的一個重要變數。經典的化學動力學實驗方法不能制備單一量子態的反應物，也不能檢測由單次反應碰撞所產生的初生態產物。體系的熱力學平衡性質不能給出化學動力學的信息，全面認識一個化學反應過程並付諸實現，不能缺少化學動力學研究。
量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的、完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用於非常快的反應。盡管對於衡假設的適用性研究已經很多，但完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。
分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對研究化學元反應動力學的應用，使在實驗上研究單次反應碰撞成為可能。分子束實驗已經獲得了許多經典化學動力學無法取得的關於化學元反應的微觀信息，分子反應動力學是現代化學動力學的一個前沿陣地。
體系的熱力學平衡性質不能給出化學動力學的信息。例如，對以下反應：2H2(氣)+O2(氣)─→2H2O(氣)盡管H2、O2和H2O的所有熱力學性質都已准確知道，但只能預言H2和O2生成H2O的可能性，而不能預言H2和O2在給定的條件下能以什麼樣的反應速率生成H2O，也不能提供 H2分子和O2分子是通過哪些步驟結合為H2O分子的信息。所以，全面認識一個化學反應過程並付諸實現，不能缺少化學動力學研究。

⑹ 化學熱力學和化學動力學有什麼區別

不同之處如下：

1、研究對象不同，化學熱力學主要研究物質系統在各種條件下的物理和化學變化中所伴隨著的能量變化。而化學動力學的研究對象是運動速度遠小於光速的宏觀物體。

2、學科不同：化學熱力學是物理化學和熱力學的一個分支學科。而化學動力學是理論力學的分支學科。

3、研究范疇不同：化學熱力學研究范疇包含化學反應的方向和程度問題。而化學動力學的范疇則是化學反應的速率問題。

(6)化學動力學的研究內容和方法擴展閱讀

化學熱力學研究內容：

熱化學，是用熱力學第一定律研究「化學反應熱」方面的問題。

化學平衡，是應用熱力學的平衡判據研究化學反應的平衡條件。

溶液理論，用熱力學方法研究多組元體系的理論。

化學動力學用途：

1、研究葯物降解的機理。

2、研究影響葯物降解的因素及穩定化措施。

3、預測葯物制劑的有效期。

⑺ 化學動力學

化學動力學(chemical kinetics)是研究化學反映過程的速率和反應機理的物理化學分支學科，它的研究對象是物質性質隨時間變化的非平衡的動態體系。