化学反应 · 微观世界

有效碰撞

分子不停地运动、碰撞，但绝大多数碰撞并不发生反应（灰色微光）。

只有同时满足两个条件的碰撞才是有效碰撞（金色闪光）：

① 沿碰撞方向的能量 ≥ 活化能 Ea；② 取向合适——H₂ 与 I₂ 需要“并排”相撞，才能同时断开旧键、形成两个 H–I 键。

温度与活化分子

同一温度下，分子的能量并不相同，而是服从麦克斯韦–玻尔兹曼分布（白色曲线）。

能量 ≥ Ea 的分子叫活化分子，在舞台上发出橙色光。

升高温度，曲线变矮变宽，活化分子百分数急剧增大，有效碰撞随之增多——这就是温度升高反应加快的原因。

催化剂

底部的铂表面是催化剂。分子吸附在表面上，旧键被削弱、取向被摆正，反应换了一条活化能更低的路径（绿色虚线）。

同样的温度下，更多碰撞能翻过更低的能垒：绿色闪光集中出现在催化剂表面。

催化剂不改变反应热 ΔH，自身在反应前后也不变。

浓度与压强

单位体积内的分子越多，单位时间内的碰撞次数越多，有效碰撞也就越多。

推动活塞压缩气体，或加入反应物，观察碰撞频率和反应速率的变化。

注意：活化分子的百分数没有变，变的是单位体积内活化分子的数目。

化学平衡的建立

2NO₂（红棕色）⇌ N₂O₄（无色）。

开始时只有 NO₂，正反应快、逆反应慢；随着 N₂O₄ 增多，逆反应逐渐加快。

当正反应速率 = 逆反应速率时，各物质的浓度不再变化，达到化学平衡。微观上两个方向的反应从未停止——这是动态平衡。

无论从 NO₂ 还是从 N₂O₄ 开始，最终到达同一个平衡。

平衡移动

改变条件，平衡会向减弱这种改变的方向移动（勒夏特列原理）。

升温：向吸热方向（生成 NO₂）移动，颜色变深。

压缩：向气体分子数减少的方向（生成 N₂O₄）移动。仔细看：压缩瞬间颜色先变深（浓度增大），随后又变浅一些。

链式反应

H₂ 与 Cl₂ 混合，在暗处几乎不反应；一旦强光照射就会爆炸。

光把 Cl₂ 拆成两个氯原子 Cl·（自由基，发光的小球）。每个 Cl· 夺走 H₂ 的一个 H，生成 HCl 和 H·；H· 又夺走 Cl₂ 的一个 Cl，重新生成 Cl·……

一个自由基能引发成千上万次反应，同时放出大量热，反应越来越快——这就是链式反应。