复杂反应

反应历程较复杂、反应物分子需经几步反应才能转化为生成物的反应

复杂反应是指反应历程较复杂、反应物分子需经几步反应才能转化为生成物的反应。根据反应机理的不同，一般的化学反应可分为简单反应和复杂反应。对于复杂反应（非基元反应），不能只根据反应式写出其反应速率方程，而必须根据实验测定的结果，推导出反应的机理，写出速率方程。

简介

根据反应机理的不同，一般的化学反应可分为简单反应和复杂反应。反应历程较复杂、反应物分子需经几步反应才能转化为生成物的反应称为“复杂反应”。对于复杂反应（非基元反应），不能只根据反应式写出其反应速率方程，而必须根据实验测定的结果，推导出反应的机理，写出速率方程。

因反应熟练程度的不同分为两个层次：一是动作定位，指在操作时能够在适当的时间与适当的空间表现适当的动作；二是自动作业，指技能臻于高度熟练地步时，在作业时所需要的动作将呈现自动化的方式进行，不需个人去注意支配自己的动作。

复杂反应机理简化方法

随着实验技术和理论方法的发展，人们对于复杂反应动力学的研究和认识日益深入。例如在石油裂解、大气污染，燃烧过程的反应动力学研究中，已提出了包括上百个化学物种和上千个基元反应组成的反应机理。原则上讲，可以根据反应机理建立反应体系的速率方程，然后利用数值方法对复杂反应体系的动力学过程进行模拟计算。但实际上，由于受到计算机的内存容量和运算速度的限制，上述想法仍然是不现实的。因此，对复杂反应体系的反应机理进行合理的简化处理，已成为模拟方法能否应用于实际问题的关键所在。反应动力学方程组中包含的方程的个数等于反应体系中的化学物种的数目，而每个方程右端的表达式中包含的项数等于反应体系中的基元反应的数目。对于复杂反应体系来说，简化反应动力学方程组的关键是简化计量系数矩阵，因而减少方程组中方程个数或者降低方程组中表达式的项数。

计量系数矩阵的简化

计量系数矩阵的简化可以归结为一个纯数学问题，但是这种简化是否合理就取决于简化的结果是否有合理的物理意义。我们知道，一个计量系数矩阵是与一个复杂反应机理相对应的，对计量系数矩阵的简化也就等价于对反应机理的简化，我们把简化后的结果称为模型机理，一个模型机理如果能够正确地解释已知的实验事实，预言反应的结果和指明反应过程的最佳动力学条件，则我们就认为这个模型机理是成功的。

模型机理的意义还不仅在于此，实际上要确定一个复杂反应的真实机理是非常困难的，对于很多实际问题来说，还是不可能的，也就是说我们不可能了解一个复杂反应机理的全部细节，因此现有的反应机理从这个意义在讲都是一种模型机理。另一方面是在很多实际问题中，针对某个具体要求，我们并不需要知道一个复杂反应机理的全部细节，模型机理虽然与真实机理有差别，但在解决某个具体问题上是等效的，这样我们的目的就达到了。

例如，在石油裂解的反应机理中，包含大量的自由基作为反应中间物出现，它们致使相应的动力学方程组具有很高的维数和冗长的速度表达式，并在数值计算中产生严重的刚性问题。但在实际上，在这个复杂反应体系过程中，只有那些分子化合物的时间一浓度关系可以实验测定，而自由基的时间一浓度关系一般很难测定。对于裂解炉设计和工艺选择来说，人们更关心的是裂解产物的最佳产率反应时间和动力学控制条件，如果模型机理能达到这个要求，则我们就认为它是正确的。

复杂反应体系的机理

化学动力学实验研究工作的主要任务是确定反应体系在反应过程中出现的所有化学物种及其组成一结构关系;确定反应体系在反应过程中所有化学物种的浓度一时间关系。

化学动力学理论研究工作的主要任务是建立以一组基元反应表征的反应机理，在该机理中能够阐明所有化学物种之间的反应生成关系;建立一组遵守质量作用定律的动力学方程，该动力学方程组能够重现或模拟所有化学物种在反应过程中的浓度一时间关系。

反应体系的一个重要特征是，化学物种可以表示成化学元素的线性组合，化学反应可以表示成化学物种的线性组合，总包反应可以表示成基元反应的线性组合。根据反应体系的这种线性特征，可以用矩阵方法来表示它们的集合与关系，研究复杂反应体系的反应机理与动力学问题。

复杂反应体系的机理与动力学问题是当前国内外化学动力学研究领域的前沿问题，引起广泛关注的原因是一方面复杂反应体系与人类的生存环境有着十分密切的关系，另一方面是复杂反应体系的研究在科学与工程问题上有重要的应用前景。

控制化学反应是21世纪化学科学发展的主题之一，而化学反应动力学研究是控制化学反应的基础性研究课题。随着理论方法与实验技术的完善，化学反应动力学研究必将取得新的进展。

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