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出版者:化学工业出版社

作者:陈诵英等

出品人:

页数:291

译者:

出版时间:2006-1

价格:38.00元

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isbn号码:9787502594749

丛书系列:

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• 物理化学
• 反应动力学
• 化学
• 催化
• 反应动力学
• 化学动力学
• 催化剂
• 表面化学
• 分子反应
• 速率常数
• 机理研究
• 吸附
• 脱附

炼金术的现代篇章：微观世界的宏大叙事 书名：《元素嬗变与能级跃迁：现代化学反应的速率与机制探究》 引言：无形的驱动力 我们生活的世界，从日常的燃烧到复杂的生命代谢，无不依赖于物质的持续转化。然而，这种转化并非瞬间完成，它被一个至关重要的维度所制约——时间。化学反应的快慢，决定了世界的演进速度，塑造了我们所见的物质形态和生命形态。本书《元素嬗变与能级跃迁：现代化学反应的速率与机制探究》，旨在深入剖析驱动这些转化的核心力量：反应速率及其背后的微观机理。我们不满足于仅描述“发生了什么”，更着力于探究“如何发生”以及“为何以这样的速度发生”。 第一部分：速率的量化与宏观刻度 本卷建立起对反应速度的精确描述框架。我们将首先界定“反应速率”的严格数学定义，阐明瞬时速率与平均速率的区别，并介绍测量速率的实验技术。从简单的液相滴定法到复杂的气相色谱-质谱联用技术，我们详细讨论了如何实时监测反应物或生成物的浓度变化。 深入探讨影响反应速率的关键宏观因素：浓度、温度、压力以及反应物本性。特别是对阿伦尼乌斯方程的全面解析，揭示了温度与速率常数之间指数关系背后的物理意义。我们不仅复述了经典理论，更引入了现代统计热力学视角，解释了活化能（Activation Energy, $E_a$）如何成为反应势垒的象征。 此外，本部分还将详细介绍复杂反应的速率研究方法，包括初速率法、半衰期法，以及在涉及多个步骤反应中，如何通过稳态近似法（Steady-State Approximation, SSA）和平衡假设法（Equilibrium Assumption）来确定主导反应的决速步（Rate-Determining Step），从而构建出符合实验数据的宏观速率方程。 第二部分：碰撞理论的几何视角 要理解速率，必须从微观碰撞的几何和能量角度切入。第二部分聚焦于碰撞理论（Collision Theory）。我们详细考察了气体分子或溶液中粒子间碰撞的频率和有效性。 理论的基石在于：并非所有碰撞都能导致反应，只有那些具有足够能量（大于或等于活化能）且方向正确的碰撞才是有效的。本书清晰地推导了碰撞频率因子，并引入了空间因子（Steric Factor）的概念，用以修正纯粹基于能量的碰撞模型。通过对比不同反应体系中观察到的空间因子与理论预测值的偏差，我们开始领悟到分子结构和取向在反应过程中扮演的微妙角色。本章强调了理想气体模型的局限性，并展望了更真实的流体动力学对碰撞过程的影响。 第三部分：过渡态理论的精细描绘 如果说碰撞理论提供了一个宏观可操作的近似，那么过渡态理论（Transition State Theory, TST）则为我们打开了一扇直抵反应“山隘”的窗口。 本部分是全书的理论核心之一。我们详细阐述了亨利·艾林（Henry Eyring）等科学家发展出的这一强大工具。核心概念是过渡态（Transition State）或准分子（Quasimolecule）——反应物在能量曲面上通过的最高点。本书深入探讨了如何利用统计力学和热力学函数（如吉布斯自由能、焓和熵）来描述这个瞬态结构。 关键在于过渡态理论的速率常数表达式，它将速率常数与温度、普朗克常数、玻尔兹曼常数以及最重要的——标准反应自由能（$Delta^ddagger G^circ$）联系起来。通过计算过渡态的振动频率（特别是在假想的“反应坐标”方向上频率为零的特性），我们实现了从分子结构到反应速率的精确桥接。我们还将比较TST与碰撞理论的异同，阐明TST在处理复杂分子和溶液中反应时的优越性，并讨论其对活化熵（$Delta^ddagger S$）的解释能力，后者是衡量反应过程中分子排列紧密程度的关键指标。 第四部分：溶液中的特殊动力学 宏观反应大多发生在液相，而溶液环境对反应速率的影响远超简单地提供介质。第四部分专注于溶液动力学。 我们探讨了溶剂效应。溶剂分子通过溶剂化壳层与反应物相互作用，可以显著稳定或不稳定反应物或过渡态，从而改变净活化能。详细分析了极性溶剂和非极性溶剂对电荷转移反应（如$S_N1$和$S_N2$机理）的影响。 此外，对扩散控制反应（Diffusion-Controlled Reactions）的讨论至关重要。在快速反应中，反应速率不再受化学键断裂重组的速率限制，而是受限于反应物分子在溶液中相互扩散并“相遇”的速率。我们引入了菲克扩散定律在反应动力学中的应用，并用斯托克斯-爱因斯坦关系等工具来量化扩散过程，从而明确区分出哪些反应是受活化能控制，哪些是受扩散限制。 第五部分：复杂体系的动态分析 现实世界的许多重要反应，如聚合反应、酶催化或自由基链式反应，其机制远比单步反应复杂。本部分聚焦于这些复杂过程的速率分析。 针对链式反应，我们将深入剖析引发、增长和终止三个步骤的相互作用，并展示如何通过分支/终止平衡来理解爆炸性反应的动力学行为。对于光化学反应，则重点关注光吸收过程、激子态的形成与衰减动力学，以及量子产率（Quantum Yield）的概念。 更进一步，本书还涉猎了非经典效应，特别是量子隧穿效应（Quantum Tunneling）在低温或涉及氢/质子转移反应中的重要性。我们将讨论如何修正传统TST模型以纳入隧穿修正因子，以更精确地预测在极低能量下发生的反应速率。 结语：从速率到控制 通过对反应动力学的系统性研究，我们不仅掌握了描述和预测化学反应速度的工具，更重要的是理解了如何通过调控外部条件或设计反应路径来“操纵”物质转化的速度。理解反应速率，就是掌握了现代化学工程、药物设计乃至生物化学过程得以高效运行的根本奥秘。本书为读者提供了一套坚实的理论基础，以应对未来在微观世界中遇到的所有时间依赖性挑战。

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《催化反应动力学》这本书，我拿到手的时候，简直是抱着一种“拯救”的态度。我一直觉得，催化剂是化学反应中那种“隐形但至关重要”的存在，很多时候我们只看到了它带来的效率提升，但其背后的机理、速度变化，这些深邃的东西，总是让人觉得有点飘渺。我希望这本书能给我一个清晰的指引，让我不再只是浮于表面地理解催化剂的作用，而是能真正深入到它如何影响反应速率，在不同的条件下，这些变化又会呈现出怎样有趣的规律。读过之后，我确实感觉自己的认知被打开了一个新的维度。书里关于各种催化剂模型，比如Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal等，讲解得非常到位。刚开始看的时候，我有点担心这些理论会过于抽象，但作者用了很多生动形象的比喻，加上大量的图示，把原本可能枯燥的概念变得易于理解。尤其是书中对实验数据处理和动力学参数的解析部分，让我豁然开朗。以前看一些文献，看到那些复杂的速率方程和拟合曲线，总是觉得一头雾水，现在我能大致理解它们是如何推导出来的，以及这些参数背后到底代表着什么物理意义。这本书不仅仅是理论的堆砌，它更强调的是如何将理论应用于实际，解决科研中遇到的问题。比如，书中提到的如何通过动力学研究来优化反应条件，以达到最佳的产率和选择性，这对我日常的实验设计非常有启发。我不再是凭感觉去调整温度、压力，而是能够有理论依据地去探索最优解。总的来说，这本书满足了我对催化反应动力学深度探索的期待，让我觉得学习的过程充满乐趣和成就感。

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说实话，我拿到《催化反应动力学》这本书的时候，内心是有点忐忑的。我一直对催化剂这个领域感到好奇，但总觉得它像一个黑箱，只知道它能加速反应，但具体过程总是难以捉摸。这本书的出现，就像为我打开了一扇窗。它没有一开始就抛出晦涩难懂的数学公式，而是循序渐进地从基础概念讲起，比如什么是化学反应速率，什么是催化剂，以及它们之间最直接的联系。我非常喜欢它在解释“速率方程”这一概念时，用到的生活中的类比。比如，将反应物浓度比作“人数”，将速率常数比作“互动频率”，这样一来，即使是初学者也能很快地理解，为什么反应物浓度越高，反应就越快。书中还详细介绍了不同类型的催化反应，比如均相催化和非均相催化，以及它们在动力学上有什么本质区别。我对非均相催化反应中，催化剂表面积、孔隙结构等因素对反应速率的影响特别感兴趣，书里这部分的内容非常详实，让我明白了一个小小的催化剂颗粒，内部竟然蕴含着如此复杂的动力学奥秘。而且，书中还讨论了如何通过实验手段来测定反应速率，比如如何控制变量，如何记录数据，这些都是非常实用的技能。我曾经尝试过一些催化实验，但因为对动力学理解不深，实验结果总是难以令人满意。读完这本书，我感觉自己对实验设计和数据分析有了更清晰的认识，也更有信心去探索催化剂的奥秘了。这本书让我觉得，原来复杂的科学问题，也可以被如此清晰、有条理地呈现出来，是一本非常值得推荐给任何对催化感兴趣的读者的书。

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《催化反应动力学》这本书，是我近期读过最令人振奋的学术著作之一。我一直认为，真正的科学理解，并非仅仅停留在现象的描述，而是要深入其背后驱动变化的机制。《催化反应动力学》恰恰做到了这一点。它带领我走进了一个充满动态变化的世界，让我看到了化学反应是如何在催化剂的引导下，以特定的速度进行，并且这种速度如何受到多重因素的影响。书中对“速率控制步骤”的深入剖析，让我醍醐灌顶。我过去在做实验时，常常会遇到一些“撞墙”的感觉，感觉无论怎么优化，反应都无法达到更高的效率。而这本书通过详尽的分析，让我明白，很多时候，我们只需要找到那个“短板”，也就是最慢的那个步骤，然后集中力量去解决它，就能取得事半功倍的效果。书中对不同催化机理的细致阐述，例如表面单分子层吸附、双分子层吸附等，并结合具体的数学模型进行推导，让我能够从微观层面理解催化过程的本质。我尤其欣赏书中关于“活化能”和“频率因子”的讨论，它们是如何共同决定反应速率的，以及如何通过改变催化剂结构或反应条件来影响这两个参数，从而调控反应速率。这本书不只是一本理论书籍，它更像是一本“工具书”，为我提供了一套分析和解决催化反应动力学问题的强大思维方式和方法论。它鼓励我跳出思维定势，用更科学、更系统的方式去审视每一个催化反应，并且能够根据动力学数据，预测和优化反应进程。对于任何希望在催化领域有所建树的研究者而言，这本书都将是不可或缺的指南。

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这本书《催化反应动力学》，就像一位睿智的导师，引导我一步步揭开了催化反应速度的神秘面纱。我一直对那些能够“点石成金”的催化剂充满敬畏，但其背后到底是什么在“驱动”这一切，总觉得是个谜。这本书给我带来的，是一种全新的认知体验。它从最基础的反应速率定义入手，然后逐渐深入到各种复杂的动力学模型。我特别喜欢书中对“平衡态”和“非平衡态”在催化反应中的意义的阐述，这让我对反应的进行过程有了更深刻的理解。书中对于“动力学陷阱”的讨论，也让我茅塞顿开。有时候，我们精心设计的催化剂，反应速率却不如预期，这本书解释了这可能是由于某些中间产物形成的速率过快，或者分解速率过慢，导致催化剂被“毒化”或“钝化”。这种对潜在问题的提前预警，对于实际的催化剂设计和工艺优化来说，具有极其重要的指导意义。而且，书中还详细介绍了多种表征手段与动力学研究的结合，比如如何利用光谱学、色谱学等技术来监测反应进程，收集动力学数据，并将其与理论模型进行比对分析，从而获得更全面的信息。这种跨学科的融合，让我的研究思路更加开阔。读完这本书，我感觉自己不再只是被动地观察催化反应，而是能够主动地去理解、去预测、去调控它的速度，这是一种质的飞跃。这本书让我深刻体会到，科学的魅力在于其内在的逻辑性和严谨性，而《催化反应动力学》正是这一魅力的绝佳体现。

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作为一名曾经在实验室里与各种反应“搏斗”过的老手，我必须说，《催化反应动力学》这本书，在我看来，是一本非常扎实的参考书。我平时的工作中，经常会遇到反应速率瓶颈的问题，或者需要设计新的催化体系来提高效率。这本书的强大之处在于，它不是简单地罗列公式，而是把催化反应的内在逻辑，那种“快”与“慢”的微妙变化，解释得淋漓尽致。我尤其欣赏它在介绍各种动力学模型时的严谨性，每一个模型的提出背景，适用范围，以及它们各自的优缺点，都讲得清清楚楚。读完关于吸附-脱附过程的章节，我才真正理解为什么不同催化剂对同一反应，速率会有如此大的差异。书中对表面反应机理的细致分析，让我能够更好地理解催化剂的活性位点是如何工作的，以及反应物在催化剂表面的扩散、吸附、转化、脱附等每一个步骤对整体速率的影响。我曾经遇到的一个棘手的问题，就是某个副反应的速率总是很高，导致目标产物的收率不理想。读了这本书后，我学会了如何从动力学角度去分析这个问题，通过建立相应的反应机理模型，计算出不同步骤的速率常数，从而找出限制副反应速率的关键步骤，并有针对性地去优化催化剂设计或反应条件。这种“抽丝剥茧”式的分析方法，让我觉得非常有价值。书中的案例分析也非常贴近实际，从工业生产中的重要催化过程，到实验室里的基础研究，都涉及到了，这让我在阅读时，能够不断联想到自己的工作，并从中获得新的思路。总的来说，这本书为我提供了一个强大的理论框架，让我能够更科学、更深入地理解和解决催化反应中的动力学问题。

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