反应速率
fǎn yìng sù lǜ
反应速率是反应物被消耗或生成物生成的快慢；温度、浓度、表面积和催化剂都会影响它。
Definition
反应速率描述的是一个化学反应发生得有多快，从鞭炮瞬间爆炸到铁钉历经数月生锈，跨度非常大；严格地说，它是单位时间内反应物或生成物浓度的变化量，对于系数为 $a$ 的反应物 $A$，可表示为 $\text{rate} = -\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}$。根据碰撞理论，只有当粒子以足够的能量和恰当的取向碰撞时，反应才会发生，所以反应速率通过实验测定的速率方程 $\text{rate} = k[A]^m[B]^n$ 与浓度联系起来，其中的反应级数反映的是反应机理，而不是化学计量数。速率常数 $k$ 通过阿伦尼乌斯方程 $k = Ae^{-E_a/RT}$ 依赖于温度，因此活化能较高的反应对温度变化更敏感；多步反应机理中最慢的那一步，就是决速步骤。
Example
一整片抗酸片放入水中会冒泡一分钟甚至更久，但同样一片药如果被碾成粉末，冒泡就会快得多，因为暴露出的表面积大大增加；把水加热还能进一步加快这个过程。对于活化能 $E_a = 50\text{ kJ/mol}$ 的反应，把温度从 $25^\circ\text{C}$ 升高到 $35^\circ\text{C}$，$k$ 大约会增大 $1.9$ 倍，这正是温度每升高 $10^\circ\text{C}$、反应速率大约翻一倍这一老经验法则的由来。
Key Insight
粮仓和煤矿之所以会发生爆炸，是因为细小的粉尘拥有巨大的表面积，同样的物质，作为一整根木头或一大块煤缓慢燃烧，一旦变成悬浮在空气中的粉末，就可能发生爆炸性反应。热力学和动力学是完全独立的两回事：金刚石转变为石墨是自发的（$\Delta G < 0$），但速度慢到无法测量；一些高度放热的反应如果没有催化剂，甚至根本不会启动，所以一个有利的 $\Delta G$ 并不能告诉你反应进行的速度有多快。