反应级数

Template:NoteTA 反應級數（Template:Lang-en），為化学反应速率方程中，反应物浓度的指数總和。

定義

考慮一個假想的反應：

$aA+bB\to cC+dD$

其反應速率(rate)為R，[A]與[B]代表反應物A跟B的濃度，k為速率常數(rate constant)，則假設其速率方程可寫成如下：

$R=k[A{]}^m[B{]}^n$

在上式中，m與n称为该反应物的反应分级数，或稱作部分級數（partial orders）。因此，反應對A是屬於m級反應，對B而言為n級反應。而所有反应分级数的代数和称为反应级数，或稱作反應總級數（overall order），在此例子也就代表反應總級數為m+n級。而上式中的m跟n或是m+n，也既是所謂的反應級數，除了可以是一级、二级、三级以外，还可以是零级、分数级或负数级甚至是無理數級，或是跟随反应条件（pH值、浓度）而变化，甚至速率方程中还可以出现反应产物的浓度项。

反应级数表示浓度对反应速率的影响程度，分级数越大，则反应速率受该一反應物浓度的影响越大。对于非基元反应不存在反应分子数的概念。根据定义，单分子反应即为一级反应，双分子反应为二级反应，三分子反应则为三级反应，对于基元反应几乎只有这三种情况。相应的反应速率方程见速率方程一条。而由於反應级數可推之參與反應的反應物，因此在許多反應，可以幫助推論反應機構，了解反應如何碰撞，及反應過程中的活化錯合物。

反应中若某一反应物的浓度很大，反应过程中基本上不发生变化，则可以将其视为常数，原有反应根据基元反应方程式如果判定为二级反应，则将会呈现出一级反应的特征，所以称为假一级反应。

各級反應的特性

各級反應其實都有一些特性，將諸整理歸納如下：

	零级反应	一级反应	二级反应	$n$级反应
微分速率方程	$-\frac{\text{d}[A]}{\text{d}t}=k$	$-\frac{\text{d}[A]}{\text{d}t}=k[A]$	$-\frac{\text{d}[A]}{\text{d}t}=k[A{]}^2$	$-\frac{\text{d}[A]}{\text{d}t}=k[A{]}^n$
积分速率方程	$[A]=[A{]}_0-kt$	$[A]=[A{]}_0{e}^{-kt}$	$\frac{1}{[A]}=\frac{1}{[A{]}_0}+kt$	$\frac{1}{[A{]}^{n-1}}=\frac{1}{{[A{]}_0}^{n-1}}+(n-1)kt$ （不适用于一级反应）
速率常数 $k$ 的单位	$\frac{M}{s}$	$\frac{1}{s}$	$\frac{1}{M\cdot s}$	$\frac{1}{M^{n-1}\cdot s}$
呈线性关系的变量	$[A]-t$	$\ln ([A])-t$	$\frac{1}{[A]}-t$	$\frac{1}{[A{]}^{n-1}}-t$ （不适用于一级反应）
半衰期	$t_{1/2}=\frac{[A{]}_0}{2k}$	$t_{1/2}=\frac{\ln (2)}{k}$	$t_{1/2}=\frac{1}{[A{]}_{0}k}$	$t_{1/2}=\frac{2^{n-1}-1}{(n-1)k{[A{]}_0}^{n-1}}$ （不适用于一级反应）

表中，$M$ 代表摩尔浓度 $\text{mol/L}$，$t$ 代表时间，$k$ 代表反应的速率常数。所说的“二级反应”和“$n$级反应”指的是纯级数反应，也就是反应速率只与一个反应物的二次方或$n$成正比。

參考文獻及資料

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