Chem. Rev.: 可逆反应体系动力学分析的相关概念

NavyLIu

2023-02-22

可逆化学反应的净速率是沿正向和反向反应路径的单向穿越速率之差。在多步骤反应序列中，正向和反向轨迹通常不是彼此的微观反向；相反，每个单向路径都由不同的速率控制步骤、中间体和过渡状态组成。因此，传统的速率描述符（例如，反应级数）不能反映内在动力学信息，而是将由（i）正向/反向反应的微观发生（即，单向动力学）和（ii）反应的可逆性（即，非平衡热力学）确定的单向贡献混为一谈。近日，明尼苏达大学Aditya Bhan对可逆反应体系动力学分析的相关概念进行了综述研究。

本文要点：

1) 作者利用系统全面的分析工具以消除反应动力学和热力学对单向反应轨迹的歧义，并准确识别可逆反应系统中控制分子种类和步骤的速率和可逆性。从双向反应中提取动力学信息是通过基于热力学原理的基本方程形式（例如De Donder关系）完成的，并在过去25年发展的化学动力学理论的背景下进行解释。

2) 本文中详细描述的数学形式集合在热化学和电化学反应中是通用的，其包含了包括化学物理、热力学、化学动力学、催化和动力学建模在内的各种科学文献。此外，作者详细介绍了De Donder不等式和等式的应用，即（i）根据流动反应器中测量的净速率计算单向速率，（ii）评估多功能催化制剂中协同作用的程度，（iii）根据热力学原理确定假设的证伪标准（iv）在平衡和远离平衡时的结论一致性，以及（v）量化催化剂的热力学状态对反应热力学状态的影响。

参考文献：

Neil K. Razdan et.al Concepts Relevant for the Kinetic Analysis of Reversible Reaction Systems Chem. Rev. 2023

DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00510

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.2c00510