化学动力学

化学反应的速率自然与反应物的结构与性质有着很大的关系。爆炸反应、强酸与强碱的中和反应以及离子交换反应的速率非常快，但岩石的风化、钟乳石的生长以及铀的衰变等，却需要千百万年才有显著的变化。一般而言，生成共价键和大分子的反应速率比较慢。

有些热力学可行的反应，在动力学上却因为速率太慢而几乎不发生，如常温下氢氧化合生成水，金刚石在常温常压下转化为石墨等。一般限制这些反应发生的因素，称为动力学因素，可归咎于反应物的结构、化学键的类型及过渡态方面。

反应物的状态（固态、液态、气态、溶液态）对反应速率也有很大的影响。一般而言，速率决定于反应物接触表面积与体积的比值，该比值越大，反应速率越快。因此，均相反应中反应物接触较充分，速率较快，如水溶液中的中和反应及沉淀反应；异相反应中的反应物只限于在接触面反应，速率较慢，且一般需要剧烈摇晃或搅拌容器，以充分混合使反应物接触面积增大。固体为粉末状或块状对反应也有影响，粉末状的固体接触表面积较大，反应较快。

有机化学中的水相反应是异相反应比均相反应快的一个例子。

反应物及生成物的浓度也会在很大程度上左右化学反应速率。根据碰撞理论，反应物浓度增加时，反应中的分子碰撞频率——即“频率因子”增加，反应速率加快。而根据速率方程，反应速率r与一个或多个反应物或其指数的浓度${\displaystyle c}$成正比，因此增加反应物浓度无疑会使反应速率增大。 对于反应级数为负数的反应，增加反应物浓度则会使反应速度降低。

温度升高，化学反应的速率增大，无论是放热反应还是吸热反应，都是如此。分子在高温时热能及振动能增大，与其他反应物碰撞的频率也会随此增多，使化学反应加快。粗略计算温度对反应速率的影响时，常会提到阿伦尼乌斯方程，形式如下：

${\displaystyle k=Ae^{{-E_{a}}/{RT}}}$

该式中的${\displaystyle k}$是速率常数，${\displaystyle T}$是温度，${\displaystyle R}$是气体常数，${\displaystyle A}$和${\displaystyle E_{a}}$是两个参数，分别称为“指前因子”和“活化能”。指前因子和活化能的值随温度而变化，但阿伦尼乌斯对它们采取线性化处理，以简化该方程。事实证明，大多数反应在一定温度区间作该近似是完全允许的。

温度对速率常数${\displaystyle k}$的影响在于${\displaystyle A}$后的指数项，化学反应速率随温度升高而增大的快慢，与它的${\displaystyle E_{a}}$值有关。同一温度区间内，${\displaystyle E_{a}}$越小的反应，温度升高速率增大得越快，${\displaystyle E_{a}}$值增大会使温度升高速率减慢。由于该方程是指数函数，因此T的微小变化会使速率常数发生很大的变化。

催化剂对反应历程的影响。催化剂会使反应物经由一条不同的反应途径，以红色标注，而该反应途径的活化能更低，更易发生。

催化剂是可以改变反应速率但在反应前后并不改变组成的物质，通常不包括反应溶剂。根据催化剂的状态，可将其分类为均相催化剂和异相催化剂；从催化剂加快还是减慢反应速率的角度，可把催化剂分类为正催化剂和负催化剂两大类。过渡态理论认为，催化剂之所以可以加快反应速率，是因为它改变了反应途径，生成了不同的活化络合物而降低了活化能。催化剂不会影响达到平衡时的各组分浓度，它影响的只是达到平衡的速度快慢。

• 自催化反应中，反应产物自身即扮演反应的催化剂。
• 具有催化功效的蛋白质称为酶。米氏方程是描述酶动力学时很重要的方程。
• 一些有机反应中，邻基参与效应的存在也会对反应速率造成影响。

搅拌溶液会增加微粒的动能，增加反应物之间的碰撞频率，从而使反应速率增大。

有气体参与的反应中，增加气体的分压也会使反应物之间的碰撞频率增大，气体的活度增加，从而使化学反应速率变快。

此外，过渡态理论认为活化熵也是影响化学反应速率的因素。若将化学反应过程比作翻越山岭，那么活化能类似于山峰的高度，活化熵则是找到爬山方位的容易程度。其值越大，代表越容易找到爬坡的方位，反应物越容易被转化为活化络合物。有些蛋白酶催化的蛋白水解反应中，虽然用酶作催化剂时的活化能要比用酸催化时高出12kJ/mol，但酶催化的速率仍然要高得多。这就可以用活化熵的概念来解释。

針對一些快速反应（反應半衰期很短，半衰期接近（或是小於）混合反應物所需時間，或是將反應物升溫/降溫到特定溫度的時間）[1]。有一些特殊的技術可以啟動快速反应，不需要緩慢的反應物混合步驟，這些技術包括：

• 阻碍流动，可以將混合反應物需要的時間縮小到毫秒（ms）的等級[1][2][3]。
• 闪光光解，是用雷射脈波產生像自由基之類高活性的化學物質，再研究其相關的反應[3][4][5][6]。
• 化學弛豫法（例如溫度躍變法或是壓力躍變法），會將預混合的系統先維持在平衡狀態下，再用快速的加熱或是卸壓使系統不平衡，透過系統由不平衡恢復到平衡的過程中，即可進行量測[1][7][8][9]。例如曾用此方式量測過${\displaystyle {\ce {H3O^+ + OH-}}}$的中和反应，在一般情形下，半衰期不會大於1μs[1][9]。