穩態近似法

在鏈反應或其它連續反應中，由於自由基等中間產物極活潑，濃度低，壽命又短，可以近似地認為在反應達到穩定狀態後，它們的濃度基本上不隨時間而變化，即d[M]/dt = 0 (M 表示中間產物),這樣的處理方法叫做穩態近似法（steady state approximation）。

基本介紹

• 中文名：穩態近似法
• 外文名：steady state approximation
• 簡稱：SS近似法
• 類別：物理化學、無機化學

穩態近似法

直鏈反應（H2和Cl2反應歷程）——穩態近似法

H2（g）和Cl2（g）的反應淨結果是：

根據很多人的研究生成HCl的速率即與成正比，又與[H₂]的一次方成正比，即：

據此推測反應歷程和相應的活化能如表：

反應歷程表

這個反應可以用鹽酸的生成速率來表示：

(a)

這個反應速率不但涉及反應物H2和Cl₂的濃度，而且還涉及到活潑性很大的Cl∙和H·的濃度。由於Cl·和H·等中間產物很活潑，它們只要碰上任何分子或其他的自由基都將立即反應，所以在反應過程中濃度很低，並且壽命很短，用一般的實驗方法難以測定它們的濃度。同時反應過程中許多中間化合物和許多複雜的連續反應，若嚴格找出各物種與濃度之間的關係，則需給出許多微分方程，然後聯立求解。這很難辦到。採用穩態近似法，可以簡化問題，它能夠以幾個代數方程替代許多微分方程。

由於自由基等中間產物極活潑，它們參與許多反應，但是濃度低，壽命又短，可以近似地認為在反應達到穩定狀態後，它們的濃度基本上不隨時間而變化，即

這樣處理的方法叫穩態近似法。

根據上述H₂和Cl₂反應的歷程，用穩態近似法處理，得：

(b)

(c)

將(c)式帶入(b)式，得

(d)

將(c)式，(d)式帶入(a)式得

所以

(e)

式中。根據這個速率方程，H₂和Cl₂的反應為1.5級反應。

注意事項：

因為只有在流動的敞開系統中，控制必要的條件，有可能使反應系統中各物質的濃度保持一定，不隨時間而變。而在封閉系統中，由於反應物濃度不斷下降，生成物濃度不斷增高，要保持中間產物濃度不隨時間而變，嚴格的講是不太可能的。隨意說穩態近似法只是一種近似方法，但確能解決很多問題。