化学动力学的研究内容和方法

⑴ 地球化学动力学研究步骤和方法

地球化学动力学研究步骤如图4.11 所示：首先根据研究的地质-地球化学问题，视问题的主次，忽略次要的、突出主要的，使问题合理简化，形成地球化学动力学的概念模型（conceptual models）。如在研究热液成矿系统的热流体对流迁移过程时可侧重热驱动流体的动力学过程，而忽略流体与围岩的化学反应；在研究矿物蚀变导致矿物自中心到边缘成分变化、矿物与流体同位素交换等过程时则主要考虑组分的扩散和离子交换反应；研究矽卡岩化过程除考虑流体的渗滤外，还要考虑流体中主要组分K、Na、Ca、Mg、Si、Al的扩散和流体与围岩的化学作用。对经历了多期次、多阶段、多物质来源的地球化学作用的地球化学系统要重点研究主要阶段和主要物质来源。对诸如区域地球化学演化这样复杂的动力学问题，应对所涉及的各个子系统和过程分别建立动力学模型，从各个侧面去把握复杂体系的动力学行为。

图4.11 地球化学动力学研究的步骤和方法框图

建立地球化学动力学概念模型，主要有两条研究途径：一是应用化学动力学、流体动力学等原理及其相应的数学表述，建立地球化学动力学的数学模型，也称动力学模型（dynamic models），并在此基础上，应用有限元、有限差分等数值计算方法，通过计算机数值模拟，获得动力学系统的演化规律；另一途径是地球化学动力学实验。目前主要限于两类地球化学动力学实验：一类是高温高压水-岩反应动力学实验，典型的实验装置和原理见图4.12，侧重于开

放体系中流体与矿物或岩石颗粒之间的化学反应机制和反应速率研究；另一类实验是在一个大的容器（称tank）内通过激光摄像和各种探头实时检测容器内流体的运动和成分变化，可以模拟宏观尺度的地球化学输运-反应动力学过程，但较难控制温、压条件，大多在常压下实验。

图4.12 典型的水-岩反应动力学实验装置示意图

无论是数值模拟还是实验模拟，都需先确定模型所需的各种动力学参数如流体的密度、粘度系数、围岩的孔隙度和渗透率、颗粒比表面积等，还要根据实验研究对象确定边界条件和初始条件。

数值模拟和实验模拟各有其长，可以相互补充。计算机模拟的优势是可以模拟较复杂的地球化学体系，且可以方便地修改模型，或改变动力学参数和边界、初始条件，得到各种模拟结果，从而研究不同条件下地球化学体系的演化规律。但数值模拟的成果取决于所建立数学模型的合理性和计算机软件系统的正确性，受研究者主观判断和水平的影响。实验模拟能较为宏观地模拟地球化学过程，结果更为可信，但受实验设备和实验条件等限制，实验研究只限于比较简单的地球化学过程和简单的边界条件，且较费时费力，目前研究比较成熟的主要限于水-岩反应动力学实验。

⑵ 地球化学动力学研究步骤和方法

图4.11 地球化学动力学研究的步骤和方法框图

地球化学动力学研究步骤如图4.11所示:首先根据研究的地质-地球化学问题,视问题的主次,忽略次要的、突出主要的,使问题合理简化,形成地球化学动力学的概念模型(conceptual modesl)。如在研究热液成矿系统的热流体对流迁移过程时可侧重热驱动流体的动力学过程,而忽略流体与围岩的化学反应;在研究矿物蚀变导致矿物自中心到边缘成分变化、矿物与流体同位素交换等过程时则主要考虑组分的扩散和离子交换反应;研究矽卡岩化过程除考虑流体的渗滤外,还要考虑流体中主要组分K、Na、Ca、Mg、Si、lA的扩散和流体与围岩的化学作用。对经历了多期次、多阶段、多物质来源的地球化学作用的地球化学系统要重点研究主要阶段和主要物质来源。对诸如区域地球化学演化这样复杂的动力学问题,应对所涉及的各个子系统和过程分别建立动力学模型,从各个侧面去把握复杂体系的动力学行为。

图4.12 典型的水-岩反应动力学实验装置示意图

建立地球化学动力学概念模型,主要有两条研究途径:一是应用化学动力学、流体动力学等原理及其相应的数学表述,建立地球化学动力学的数学模型,也称动力学模型(dynamic models),并在此基础上,应用有限元、有限差分等数值计算方法,通过计算机数值模拟,获得动力学系统的演化规律;另一途径是地球化学动力学实验。目前主要限于两类地球化学动力学实验:一类是高温高压水-岩反应动力学实验,典型的实验装置和原理见图4.12,侧重于开放体系中流体与矿物或岩石颗粒之间的化学反应机制和反应速率研究;另一类实验是在一个大的容器(称tank)内通过激光摄像和各种探头实时检测容器内流体的运动和成分变化,可以模拟宏观尺度的地球化学输运-反应动力学过程,但较难控制温、压条件,大多在常压下实验。

无论是数值模拟还是实验模拟,都需先确定模型所需的各种动力学参数如流体的密度、粘度系数、围岩的孔隙度和渗透率、颗粒比表面积等,还要根据实验研究对象确定边界条件和初始条件。

数值模拟和实验模拟各有其长,可以相互补充。计算机模拟的优势是可以模拟较复杂的地球化学体系,且可以方便地修改模型,或改变动力学参数和边界、初始条件,得到各种模拟结果,从而研究不同条件下地球化学体系的演化规律。但数值模拟的成果取决于所建立数学模型的合理性和计算机软件系统的正确性,受研究者主观判断和水平的影响。实验模拟能较为宏观地模拟地球化学过程,结果更为可信,但受实验设备和实验条件等限制,实验研究只限于比较简单的地球化学过程和简单的边界条件,且较费时费力,目前研究比较成熟的主要限于水-岩反应动力学实验。

⑶ 化学动力学可以解决那些问题

化学动力学（chemical kinetics）是研究化学反映过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。时间是化学动力学的一个重要变量。

化学动力学的研究方法主要有两种。一种是唯象动力学研究方法，也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据——浓度与时间的关系出发，经过分析获得某些反应动力学参数——反应速率常数、活化能、指前因子等。用这些参数可以表征反应体系的速率化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。
20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。目前，对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级提高到皮秒级。
另一种是分子反应动力学研究方法。从微观的分子水平来看，一个化学反应是具有一定量子态的反应物分子问的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。
原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的、完整的势能面。因此，现行的反应速率理论仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对于衡假设的适用性研究已经很多，但日前完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。
经典的化学动力学实验方法不能制备单一量子态的反应物，也不能检测由单次反应碰撞所产生的初生态产物。分子束(即分子散射)，特别是交叉分子束方法对研究化学元反应动力学的应用，使在实验上研究单次反应碰撞成为可能。分子束实验已经获得了许多经典化学动力学无法取得的关于化学元反应的微观信息，分子反应动力学是现代化学动力学的一个前沿阵地。

⑷ 化学动力学是什么怎么理解

化学动力学是研究化学反应速率（rate of reaction）和反应机理（mechanism of reaction）的化学分支学科。
主要是确定化学反应的速率以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响；通过化学动力学的研究，可以知道如何控制反应条件，提高主反应的速率，增加产品产量，抑制副反应的速率，减少原料消耗，减少副产物，提高纯度，提高产品质量。化学动力学也研究如何避免危险品的爆炸、材料的腐蚀、产品的变质与老化等问题。所以化学动力学的研究有理论与实践上的重大意义。
化学热力学的核心理论有三个：所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化；事物总是自发地趋向于平衡态；处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。化学热力学是建立在三个基本定律基础上发展起来的。
热力学所根据的基本规律就是热力学第一定律、第二定律和第三定律，从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，就可得到描写物质体系平衡的热力学函数及函数间的相互关系，再结合必要的热化学数据，解决化学变化、物理变化的方向和限度，这就是化学热力学的基本内容和方法。

⑸ 化学动力学的简介

化学动力学也称反应动力学、化学反应动力学，是物理化学的一个分支，是研究化学过程进行的速率和反应

机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系。
它的主要研究领域包括：分子反应动力学、催化动力学、基元反应动力学、宏观动力学、微观动力学等，也可依不同化学分支分类为有机反应动力学及无机反应动力学。化学动力学往往是化工生产过程中的决定性因素。
时间是化学动力学的一个重要变量。经典的化学动力学实验方法不能制备单一量子态的反应物，也不能检测由单次反应碰撞所产生的初生态产物。体系的热力学平衡性质不能给出化学动力学的信息，全面认识一个化学反应过程并付诸实现，不能缺少化学动力学研究。
量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的、完整的势能面。因此，现行的反应速率理论仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对于衡假设的适用性研究已经很多，但完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。
分子束(即分子散射)，特别是交叉分子束方法对研究化学元反应动力学的应用，使在实验上研究单次反应碰撞成为可能。分子束实验已经获得了许多经典化学动力学无法取得的关于化学元反应的微观信息，分子反应动力学是现代化学动力学的一个前沿阵地。
体系的热力学平衡性质不能给出化学动力学的信息。例如，对以下反应：2H2(气)+O2(气)─→2H2O(气)尽管H2、O2和H2O的所有热力学性质都已准确知道，但只能预言H2和O2生成H2O的可能性，而不能预言H2和O2在给定的条件下能以什么样的反应速率生成H2O，也不能提供 H2分子和O2分子是通过哪些步骤结合为H2O分子的信息。所以，全面认识一个化学反应过程并付诸实现，不能缺少化学动力学研究。

⑹ 化学热力学和化学动力学有什么区别

不同之处如下：

1、研究对象不同，化学热力学主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化。而化学动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。

2、学科不同：化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科。而化学动力学是理论力学的分支学科。

3、研究范畴不同：化学热力学研究范畴包含化学反应的方向和程度问题。而化学动力学的范畴则是化学反应的速率问题。

(6)化学动力学的研究内容和方法扩展阅读

化学热力学研究内容：

热化学，是用热力学第一定律研究“化学反应热”方面的问题。

化学平衡，是应用热力学的平衡判据研究化学反应的平衡条件。

溶液理论，用热力学方法研究多组元体系的理论。

化学动力学用途：

1、研究药物降解的机理。

2、研究影响药物降解的因素及稳定化措施。

3、预测药物制剂的有效期。

⑺ 化学动力学

化学动力学(chemical kinetics)是研究化学反映过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。