基元反应

在反应中一步直接转化为产物的反应

基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应，又称为简单反应。化学反应式多数情况下不能说明反应的过程。现实中有的反应是一步完成，而多数的反应需要经历若干个步骤才能完成。基元反应的动力学规律符合质量作用定律，即：基元反应的化学反应速率与反应物的浓度数值相应方次乘积成正比；其方次即为各物质前面系数，均取正值。

定义

从微观上看，反应物分子一般总是经过若干的简单反应步骤，才最后转化为产物分子的。每一个简单的反应步骤，就是一个基元反应。基元反应步骤要求反应物一步变成生成物，没有任何中间产物。按照基元反应定义，所有的基元反应都是可逆的。

类别

基元反应方程式中各反应物分子数之和称为反应分子数，按照反应分子个数可将基元反应划分为单分子反应、双分子反应和三分子反应，具体如下：

（1）单分子反应

方程式：A→产物

（2）双分子反应

方程式：A+B→产物或者 2A→产物

（3）三分子反应

方程式：A+B+C→产物或者2A+B→产物或者A+2B→产物

质量作用定律

基元反应的动力学规律符合质量作用定律，即：基元反应的化学反应速率与反应物的浓度数值相应方次乘积成正比；其方次即为各物质前面系数，均取正值。具体如下：

（1）对于单分子反应：A→产物

对应的反应速率方程式为：v=k{cA}

（2）对于双分子反应A+B→产物或2A→产物

对应的反应速率方程式分别为：v=k{cA}{cB}或者v=k{cA}2

（3）对于三分子反应

A+B+C→产物

或者2A+B→产物

或者A+2B→产物

对应的反应速率方程式分别为：v=k{cA}{cB}{cC}、v=k{cA}2{cB}或者v=k{cA}{cB}2

上述k值为速率常数，与温度和催化剂有关，和反应物浓度无关。

深度解释

在任何反应中，不论是反应物、产物还是中间产物，它们都或多或少有一定稳定性。否则就不可能存在，不可能被检测出来。这如同一个球体在从状态A（反应物所处状态）变到状态B（产物所处状态）的过程中，要经过状态C（中间产物所处状态），如图《物质的稳定性示意图》所示。所谓稳定性就是其能量不会随反应坐标的前进而降低，或者说不同状态之间有一定的能量障碍。能量障碍越大越稳定，能量障碍越小越不稳定。如果 A、B、C 3 种状态彼此间没有任何能量障碍，那么这3种状态就不可能同时存在。三者当中只有能量最低的那一种才能稳定存在、才能被检测到而另外两种状态即使存在，通常也难以检测到。以此类推，整个自然界就不可能是无奇不有的大千世界了。以H2O2例，虽然它不稳定，但是其分子中各原子之间有一定的键长、有一定的键角、有一定的二面角（两个HOO面的夹角）。这意味着不论当H2O2分子中的键长、键角还是二面角发生变化时，不论变大还是变小，能量都会升高。由于所有化学反应都涉及这种微观结构变化、都涉及化学键重组，所以任何物质(包括反应的中间产物)都或多或少有一定的稳定性。

同理，从微观角度考察物理变化时，同一种物质之所以出现多种不同物理状态，也是因为这些状态彼此之间存在一定的能量障碍。这种能量障碍总是大于或等于0，但不可能小于0。如在自由气体分子与被固体表面吸附的气体分子之间，在基态分子与吸光后的激发态分子之间，在普通分子与发生碰撞后转化的富能分子之间，都有一定的能量障碍。

从硬球碰撞理论的推导过程可以看出，对于从初态到终态有一定能量障碍的态变化过程，只有当相撞分子对具有足够的能越过能量障碍的能量时态变化过程才有可能发生。这其中并未把有能量障碍的态变化过程只局限于化学变化。这就是说，硬球碰撞理论的结果---质量作用定律不仅适用于化学变化，也适用于物理变化；而且不论是化学变化还是物理变化，始终态之间只能有一个能峰。否则，硬球碰撞理论的思想方法和推导过程就不适用了，质量作用定律也就不适用了。所以，作为质量作用定律的适用对象，基元过程只能是两个相邻的有一个稳定性的状态之间的变化，只能是基元反应或简单的物理变化。此处“相邻”一词的含义是基元过程始终态之间的能量障碍表现为只有一个能峰，而不是多个能峰。此处的能峰高低对基元反应而言就是活化能大小。能峰可高可低，最低时可以为0。如两个自由原子或自由基结合时活化能为0，即能峰高度为0。与基元过程对应的有一定稳定性的始终态的区别可以表现为化学组成或结构上的差异，也可以是相同分子的不同物理状态的差异。在《物质的稳定性示意图》，A与C之间的变化是一个基元过程，C与B之间的变化也是一个基元过程，但A与B之间的变化不是一个基元过程，因为其中有两个能峰。

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