补偿效应研究的一个新视角

补偿效应与Arrhenius方程关系密切。本文为补偿效应研究提供了新视野。用几何图象分析了Arrhenius方程,指出过去认为此方程只表示速率与温度关系是不全面的,忽视了速率常数与活化能关系的研究。从图形看出,指前因子与活化能本身就具有互补关系,虽仅限于每两个不同活化能的情况。反应是一自组织过程。补偿效应的成立有必要条件和充分条件。欲实现补偿效应,从协同学角度考虑,E/T作为参变量必需小于一阈值,以使反应起活。并有一自变量做系列改变,以使A、E随其相似地连续变化,从而连通所有A、E的内在联系,1/T-lnk图中诸直线交于一点。指数分布是非均匀体系最具有普遍意义的分布函数。概率分析指出,补偿效应是A、E在固体表面和内部均呈相似指数分布的产物。对催化反应与非催化反应有普适性。在速率常数中体现为结构分布概率因子及能量分布概率因子。     

化学反应活化能的定义及其与势垒的关系

提出了反应活化能的定义,指出Arrhenius活化能只是其中的一种特殊情况,并阐明了反应活化能与势垒的关系。     

再谈什么是活化能——Arrhenius活化能的定义、解释、以及容易混淆的物理量

介绍IUPAC（1996）推荐的活化能定义,它源于反应速率常数与温度关系的Arrhenius图。对基元反应,活化能的Tolman解释最准确;对总包反应,活化能仅是表观量。以基元反应D＋H2为例,强调了活化能与许多相似物理量的区别。在较宽温度范围内,该Arrhenius图是弯曲的,这表示反应活化能随温度而变化。讨论为什么少数基元反应的活化能可能是负值甚至是零。     

关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论

讨论催化剂的活性中心数、催化剂活性结构改变与Arrhenius方程中指前因子和活化能变化的关系。由Arrhenius方程出发,讨论给出了实验室测定多相催化反应活化能的简易方法。建议本科生的反应动力学教学围绕催化过程和催化剂为中心进行。     

Arrhenius活化能理论的修正

针对Arrhenius活化能理论的不足,修正了这个理论,建立了一个修正的Arrhenius方程,它能适用于更宽的温度范围。     

氧化锆基固体电解质材料与温度无关的离子电导活化能

氧化锆(ZrO2)基固体电解质材料的离子电导率随温度的变化关系呈现非线性Arrhenius特征;相应地,由经典的Arrhenius公式计算得到的电导活化能是一个与温度有关的参数.本文通过对实验获得的几种Y2O3稳定立方ZrO2(YSZ) 材料的电导率－温度关系的分析,对经典的Arrhenius公式进行了修正.由修正后的Arrhenius公式计算得到的电导活化能是一个与温度无关的常数.此外,还进一步借助于物理化学中的过渡状态理论,从材料离子导电机制出发对这一与温度无关的电导活化能的合理性进行了讨论,发现这一活化能在数值上与理论计算结果吻合得很好.     

什么是活化能

一、引言活化能是90年前瑞典科学家Arrhenius提出的概念,它在化学中具有重要的意义。什么是活化能?这已辩论了几十年。例如,关于活化能的解释,至少有三类意见:     

DAEM模型研究大同煤及其半焦的气化动力学

用热重法对大同煤及其在不同温度下所得的半焦在空气气氛中的气化行为进行了考察 ,并用分布活化能模型 (DAEM)对气化过程的动力学进行了解析 ,发现随着半焦中挥发分含量的减少 ,描述反应速率的Arrhenius曲线斜率逐渐接近于常数 ,即大同煤在高温区的Arrhenius曲线斜率。另外 ,通过不同煤种的对比气化实验 ,由DAEM模型所得的活化能分布曲线表明 ,当煤或半焦中挥发分量较高时 ,反应初期的活化能值变化规律不同于挥发分含量很少的半焦 ,挥发分含量越高 ,反应初期活化能的下降幅度越大。     

温度对酚类在活性炭上表面扩散的影响

测定了不同温度和浓度条件下苯酚和氯代苯酚在活性炭上的吸附，采用非线性回归流出曲线的方法获得了对应于不同温度和浓度的酚的表面扩散系数。结果发现：温度升高，表面扩散系数增大；同一温度下，浓度增大，表面扩散系数增大。数据分析结果表明酚表面扩散系数与吸附温度的关系符合Arrhenius方程，而酚表面迁移活化能与浓度的关系可用经验式E=E0＋Acβ表示。     

近期热点文章

正关键词:Arrhenius公式的物理内涵·反应动力学W.Schmickler,Y.X.Chen,E.Santos,Z.He.The Pre-Exponential Factor in Electrochemistry,Angew.Chem.Int.Ed.,2018.DOI:10.1002/anie.201800130.中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和化学物理系陈艳霞教授课题组与德国Ulm大学的Schmickler教授课题组,在系统分析了文献中探究电催化反应的活化能与指前因子的理论和实验研究成果的基础上,基于Kramer理论给出了     

简单碰撞理论的一种推导方法

设想双分子气体反应是由硬球分子先活化、再反应的模式进行,不仅能使简单碰撞理论(SCT)的推导变得更为简便,而且阈能和Arrhenius活化能等概念也变得更加明确。     

两种量热模式下物质热分解的动力学补偿效应

热分析量热仪主要包括动态、等温、恒温及绝热四种操作模式。很多学者基于动态及等温模式的测试结果,采用Arrhenius速率常数进行动力学计算,进而发现了所谓的“动力学补偿效应”。为了解绝热模式下是否也存在动力学补偿效应,分别采用绝热加速量热法(ARC)及动态差示扫描量热法(DSC)研究了过氧化二异丙苯(DCP)、40%(质量分数,下同)DCP溶液、葡萄糖、45%葡萄糖溶液的热分解特性,在此基础上基于Arrhenius公式计算了对应的表观活化能E和指前因子A,并对计算结果进行了分析。结果表明:绝热模式下,不同质量的同种样品及其溶液的最佳动力学参数,或者同一组数据采用不同的反应级数获得的lnA和E之间均存在明显的线性关系。此外,尽管由动态DSC数据计算获得的E和lnA普遍小于绝热模式的结果,但两种模式下获得的lnA和E之间仍然存在动力学补偿效应。由此可以推断,具有相同或类似反应机理的反应,虽然实验模式不同,但其E和lnA之间存在明显的动力学补偿效应。     

联苯型聚酰亚胺纤维的动态力学行为

采用干湿法纺丝工艺路线制备联苯型聚酰亚胺(PI)纤维,用动态力学分析方法研究了该纤雏的γ、β和α转变,因所施频率的不同而发生的相应转变温度分别出现在-100--40℃、100℃和270-300℃。用类似的Arrhenius方程计算了PI纤维γ转变活化能为38．7kJ／mol,α转变的活化能为853kJ／mol。     

极谱过程温度效应的研究(Ⅲ)——催化反应速率常数和反应活化能的测定

催化反应在极谱分析中的应用及反应速率常数的测定已有报道。通常根据Koutecky公式计算催化反应速率常数,而反应活化能则由不同温度下测定的速率常数,按照Arrhenius公式计算。我们根据前文提出的可逆、不可逆、准可逆、动力和催化过程各种极谱电流——温度关系的普遍方程式,测定了Ti(Ⅳ)-H_2SO_4H_2C_2O_4-KClO_3、Mo(Ⅳ)-H_2SO_4-NaNO_3、Mo(Ⅵ)-H_2SO_4-NH_4NO_3体系催化反应速率常数和反应活化能(或表观活化能),结果令人满意。     

钨系催化丁二烯聚合动力学的研究——聚合速率方程的建立及活化能的确定

本文研究了WCl_6-C_4H_9OH-Al(i-Bu)_2 OPhCH_3体系催化合成1,2-聚丁二烯的动力学特征,测定了单体、主催化剂和助催化剂的反应级数,建立了稳态期聚合速率方程,求得其表现活化能及Arrhenius因子,并对其反应动力学机理作了初步讨论。     

F114双通道激光解离的动力学研究

本文用TEA CO_2激光器研究了F_(114)(氟利昂-114)激光解离的通道竞争动力学过程。实验发现, F_(114)的激光解离是C—C链和C—Cl键断裂的双通道竞争过程; 其解离过程可以用Arrhenius公式来描述, 并且激光解离的表观活化能与热解离活化能相近, 因而该解离反应具有明显的热解离行为。理论计算还表明, F_(114)的双通道解离过程基本上符合RRKM理论。     

F_(114)双通道激光解离的动力学研究

本文用TEA CO_2激光器研究了F_(114)(氟利昂-114)激光解离的通道竞争动力学过程。实验发现,F_(114)的激光解离是C—C链和C—Cl键断裂的双通道竞争过程;其解离过程可以用Arrhenius公式来描述,并且激光解离的表观活化能与热解离活化能相近,因而该解离反应具有明显的热解离行为。理论计算还表明,F_(114)的双通道解离过程基本上符合RRKM理论。     

四氟乙烯齐聚体的反应VII:多氟烷基硫醚的分子内重排及其动力学的研究

本文通过交叉反应、溶剂效应、反应物浓度、截捕实验、动力学参数研究了多氟烷基硫醚的分子内热重排过程.确认并根据Arrhenius方程计算出在四氯化碳溶液中反应的活化能.多氟烷基硫醚分子内重排系经分子内亲核协同过程进行.     

焦煤裂解反应研究

本文研究了我国河北峰峰焦煤裂解反应,根据总包一级反应动力学模型对实验数据进行处理,结果表明温度低于700℃时满足阿仑尼乌斯方程,活化能为E=46kJmol~(-1)。 如果把煤裂解按一系列并行的不可逆一级反应步骤进行模拟,连续分布函数f(E)对活化能E的曲线遵从高斯正态分布,从而得到最可几活化能为E=259kJmol~(-1)。 测定了气相中碳氢化合物和氢的含量。结果表明气相中主要成分是甲烷,其来源,一来自煤裂解本身,二来自气相产物的二次反应。     

燃烧反应机理构建的双参数速率常数方法

采用Arrhenius方程的双参数形式描述反应的速率常数对温度的依赖关系, 解决了三参数(A, n, E)过拟合造成的复杂燃烧机理参数缺乏通用性等问题. 在不改变物种数和基元反应数条件下, 将UCSD核心机理进行双参数处理, 并应用于小分子体系的动力学模拟, 得到的模拟结果与三参数机理基本相符. 双参数机理恢复了Arrhenius活化能的物理意义, 可实现机理的参数比较和迁移, 缩小了机理整体优化的变量空间, 为燃烧机理参数的统一奠定了基础.