7、化学动力学方程及其简化

化学动力学方程及其简化

1. 引言

化学动力学研究化学反应的速率和机理，在实际应用中，化学系统的描述往往较为复杂。为了简化分析，需要对化学动力学方程进行简化处理。本文将介绍化学动力学方程简化的相关方法和模型，包括降低描述复杂度、部分平衡近似、准稳态近似等，并探讨重要反应的选择和开放系统的处理。

2. 化学系统描述的简化

2.1 简化的方向

对化学系统描述的简化主要有以下几个方面：
- 减少物种数量 ：
- 消除非关键物种。
- 将某些物种合并为综合组分。
- 减少反应数量 ：
- 消除对反应进程影响不显著的非关键反应。
- 假设某些反应已达到平衡，后续只需考虑平衡常数，从而实现降维。
- 运动分解 ：将运动分解为快速和慢速、独立（近似独立）和从属等，便于分部分研究系统，最后整合结果。相关方法包括准稳态（QSS）方法、部分平衡近似等。

2.2 部分平衡近似

2.2.1 基于反应的准平衡

从反应列表中选择先达到平衡的反应，设这些反应的索引为 (s_1, \ldots, s_k)，准平衡流形由以下方程组定义：
[W_{s_i}^+ = W_{s_i}^-, i = 1, \ldots, k]
用共轭变量 (\mu = \nabla G) 表示时，方程组形式为：
[(\gamma_{s_i}, \mu) = 0, i = 1, \ldots, k]
此时，准平衡流形构成一个