中间体与稳定状态近似法？ 最近台湾学术团队成功捕捉测量到「克里奇中间体」，并进一步发现此中间体在约千分之一秒内，就可能与水蒸气分子产生反应。这个研究成果因为多项有价值的突破性发现，入选Science杂誌，成为大气化学动力学的指标性研究之一。也因为这振奋人心的成果，使「克里奇中间体 (Criegee Intermediates，简称CIs)」成为科技界当红炸子鸡，媒体争相报导，希望以最亲民的语彙使普罗大众能了解这项科学成就，其中有编採者以「快闪神祕分子」来描述「克里奇中间体」。 用「快闪」来描述反应中间体的确传神逼真，因为反应中间体是化学反应进行过程中曾经产生，又在形成后随即消耗转变的物种，生命期 (Lifetime) 十分短，不会存在于化学总反应中，反应过程间也不易被观测。要了解一反应的中间体，必须先了解其反应机制 (Reaction Mechanisms)。在化学中，描述由反应物转变为产物的过程称为反应机制，而这些机制一如毛毛虫蜕变为蝴蝶的历程般，并非「一步登天」，乃经过许多变化阶段，在这些阶段中，若非经过特殊的设计，并不容易直接观察了解其生命的状态 (如成蛹时期的变化)。 化学反应也是如此，其机制经过一个基础步骤 (elementary step)，使起始物反应为中间体，短暂形成的中间体很快又经过第二个基础步骤反应为第二个中间体，以此类推逐步形成最终产物。所以中间体是反应机制中其中一基础步骤的生成物，此生成物又在接下来的基础步骤中扮演反应物角色而被消耗，如此一长一消的情况下，中间体不存在于最终净反应中。如臭氧分子(O 3 ) 受紫外光照射形成氧分子 (O 2 ) 的反应机制即是牵涉两个基础步骤： 第一个基础步骤为臭氧分子照光被分解为氧分子与氧自由基，氧自由基随即在第二个基础步骤中扮演反应物角色，与臭氧分子反应形成2倍当量氧分子。氧自由基即是此反应的中间体，只在反应中间过程出现，却不表现在净反应中。虽在终极产物中无法得到在中途已被消耗殆尽的氧自由基中间体，却能透过实验与仪器的精密设计攫获测量中间体，记录其短暂生命期的历史。 不过如何找到正确的反应机制，进一步侦测中间体? 那就得靠化学动力学的分析佐证，了解其反应速率定律 (Rate Law)，以得到反应过程的资讯。最常被使用来推论速率定律的方法之一为稳定状态近似法 (Steady State Approximation)。所谓稳定状态是指物种之生成速率等于消耗速率，致使浓度保持定值，而「浓度变化」趋近零的状态，可以数学式 d[物种]/dt=0表示。 基于中间体的短暂生命期--生成后立即消耗的特性，可将其假设为浓度保持定值的稳定状态，因此常藉由稳定状态近似法的带入，来探讨各物种浓度与时间的关係，藉此了解该反应的速率定律与反应机制。值得一提的是，稳定状态近似法并非适用于所有中间体，而有可能得到与实验结果不符的速率定律，因此中间体是否适合以稳定状态来描述，仍需透过实验来检验，而不能将中间体视为理所当然的稳定状态。 参考资料与延伸阅读 Wikipedia: Reaction Intermediate, Steady State http://en.wikipedia.org/wiki/Reaction_intermediate http://en.wikipedia.org/wiki/Steady_state_%28chemistry%29 Driving Law Using the Steady State Approximation http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/steadyst.html http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/steadys2.html cK-12 Foundation: Intermediate http://www.ck12.org/chemistry/Intermediate/lesson/Intermediate/?referrer=concept_details Upadhyay, S. K. Chemical Kinetics and Reaction Dynamics . New York: Springer, 2006 Steinfeld, J. I.; Francisco, J. S.; Hase, W. L. Chemical kinetics and dynamics . Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 1999. Porter, M. C.; Skinner, J. B. Chem. Edu ., 1976 , 53 , 366 查看更多
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