化学过程是物质分子的组成、结构和性质随时间而发生的变化，化学过 程学说的发展曾受益于时间概念的引入。从这两方向来看，时间对于化学过 程具有重要意义。
时间具有可以限制间隔和指示方向两种作用。 一、化学过程与时间间隔 时间在不停地流逝，人们为了计量时间便借助于空间把时间划分为均匀的等份，时间间隔由此产生。所谓时间间隔，就是时间的均匀等份，又称时 间单位。一天被分为 24 个等份，表示为 24 个单位；一小时又可以分为 60 个单位，用“分”表示；一分还可以分为 60 个单位，用“秒”表示 。自 从划分了时间间隔，人们就有了衡量时间流逝的尺子，从而可以用来比较运 动的快慢。
使用时间间隔来比较化学过程的快慢在化学中表现为两种方法。其一， 利用反应速率的概念。反应速率是指“某反应的反应进度随时间的变化率（即d
dt ）。”②由于反应速率是一个没有方向的标量，在这个概念中时间是均匀、对称、可逆的。反应过程的快慢并不是直接通过时间的长短得以显示的，而 是通过反应速率的大小得到显示的。反应速率高者为快反应，反之则为慢反应。其二，利用半衰期（t12）的概念。半衰期是指“某一给定反应物消耗掉一半所需要的时间”。①半衰期长的为慢反应，否则为快反应。人们在实际应 用中往往根据使用和测试手段的方便与否，来选取适当的方法以比较化学过 程的快慢。
时间间隔除了可以比较化学过程的快慢以外，还可以作为深入认识化学过程的标志。日常生活经验告诉我们：使用量度单位进行度量时，量度单位 要小于或等于被度量的对象。同样道理，用时间间隔来度量化学过程，时间 间隔应该小于或等于完成化学过程所需要的时间。从这种意义上讲，时间间 隔的缩小意味着对化学过程认识的深入。在本世纪 70 年代以前，人们还仅限 于了解寿命为 10-6 秒以上的化学过程，因为当时没有一种仪器可以将时间间 隔缩短到 10-6 秒以下。70 年代以后，由于激光器的发明与应用，激光脉冲不 断缩短了时间间隔，因而为人们认识瞬态反应提供了认识可能。目前，“靠 最尖端的技术物理学家已能使脉冲短到 0.01 皮秒（10-14 秒）。因此，在 0.1 皮秒范围的动态学研究也已经开始了。 这就是说，化学家能在比任何瞬 态分子寿命都还要短的时间内，去弄清反应混合物的情况。”②对化学过程的认识正是在这种以缩短时间间隔为目的的实验技术发展中 得到逐步深化的。在经典化学时期，用时间间隔为 10 秒或 1 秒的实验方法仅 能研究半衰期以小时计的反应。①而在现代化学时期，用时间间隔为 10-11 秒 的光脉冲波照射激发，就可以获得半衰期为 5×10-11 秒反应的全过程信息。 由此可见，时间间隔不仅可以作为衡量反应快慢的标尺，而且还可以作② 南京大学化学系等：《物理化学词典》，科学出版社，1988 年版，第 328 页。
① 南京大学化学系等：《物理化学词典》，科学出版社，1988 年版，第 343 页。
② 《化学中的机会》，中国化学会，1986 年版，第 47 页。
① [美]P.C.乔丹：《化学动力学与传递》，清华大学出版社，1985 年版第 98 页。
为对化学过程认识深化的标志。随着实验技术的不断提高，对化学过程的认 识将继续深入，人们还会在更短的时间间隔内发现新的变化。
二、化学过程与时间的方向性 时间具有不可逆转的单向性。化学过程随时间而展开，则时间的方向性就在化学过程中将得到体现。 时间的方向性在化学过程中有三种不同的表现。第一，在已经达到化学平衡的反应过程中，随时间的延续，在宏观上化学平衡状态不再改变，在微 观上反应物与生成物之间的反应仍在不断进行。这是动态持续过程，时间的 方向性与系统变化的方向性无关；第二，对于自发不可逆反应过程，时间前 进的方向与化学过程的不可逆性一致（例如铁生锈的过程），化学过程的方 向就是时间之矢的方向；第三，对于化学振荡过程，在时间进化的方向上， 反应物和产物周期性地变化。例如 B—Z 反应，当被控制在远离平衡态时反应 表现出颜色的周期性变化。这说明反应物与生成物的浓度呈现周期的改变。 这种化学过程与平衡过程不同。平衡过程中正逆反应双方同时改变；而在振 荡过程中却产生了循环，即在时间进化的方向上，每一时间间隔内物质浓度 都在改变。在相同的时间内浓度的改变发生重复。另外，振荡过程与自发不 可逆过程也不同，后者反应的方向性与时间的方向性一致，而且存在最终极 限，即反应物全部转化为产物，而振荡过程既不与时间进化方向始终如一， 又不存在最终极限（只要条件允许）。
上述三种化学过程与时间方向性的关系可以用图形来近似说明（见图 10
—7）。
以上分别从时间间隔和时间的方向性两个侧面探讨了化学过程中的时间 作用。在研究化学过程时，常常忽略时间的一种作用而强调另一种作用。例 如当注重反应快慢时，人们首先固定时间的方向，即事先确定究竟以反应物 浓度的减少还是以生成物浓度的增加作为反应速率的标准。而当预测反应发 生的可能性时，人们则暂时不考虑时间间隔的长短，不管这种反应到底用多 少时间才能完成。但是，在化学过程中时间间隔与时间的方向性毕竟不可分 割，只要有化学过程发生，就有时间的展开，就要涉及反应完成的时间间隔。 因此，在许多场合需要综合考虑时间的双重作用。例如每一个化学产品的工 业合成过程实际上都是时间双重作用的综合体现。生产某种化合物的方案能否实施，首先要回答反应能否发生和反应限度如何等热力学问题；同时还要 回答设备承受能力以及如何提高产率等动力学问题。这两方面都得到了落 实，生产方案才有可能上马。再比如，本世纪 60 年代初在利用分子束散射实 验研究分子快速反应机理时，人们观察到产物的角分布有强烈的方向性（见 图 10—8）。①这种有明显方向性的散射结果表明：两种反应物一经碰撞，化学过程便已 经结束了。因为如果两种反应物先形成一个“过渡态”，并且“粘”在一起 的时间较长，则产物将以随机的方式飞散出去，而不可能如此集中。就此， 人们把这种反应称为直接反应，而且还确定了一个时间基准。如果“反应时 间”少于过渡态转动周期（典型数据为 10-12 秒），则称反应为直接反应。② 以上实例说明：同时参考时间间隔和时间的方向性作用，也是研究化学过程 不可缺少的方法。
① 俞书勤：《微观化学反应》，安徽科学技术出版社，1985 年版，第 28 页。
② [美]R.D.列文、R.B.伯恩斯坦：《分子反应动力学》，科学出版社 1986 年版，第 89—90 页。
