CƠ SỞ CỦA ĐỘNG HÓA HỌC pps

Định luật tác dụng khối lượng• Đối với phản ứng đơn giản pư chỉ diễn gồm 1 giaiđoạn và 1 chiều thì tốc độ phản ứng ở mỗi thời điểm tỉlệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng với 1

Chương 8:

CƠ SỞ CỦA ĐỘNG HÓA HỌC

I Khái niệm & định luật cơ sở của

Động hóa học

II Động học các phản ứng đơn giản

III Động học các phản ứng phức tạp

IV Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc

độ phản ứng

I KHÁI NIỆM

& ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ của ĐỘNG HÓA HỌC

Là độ biến đổi một lượng chất nào đó (tác chất hay sản phẩm) trong 1 đơn vị thể tích và trong 1 đơn vị

thời gian

Khi V = const:

1 dNi

1 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

a A + b B → c C + d D

Vận tốc phản ứng hh = vận tốc mất đi của tác chất

= vận tốc tạo thành của sản phẩm

Xác định tốc độ phản ứng

Tốc độ tức thời dCi

2 Định luật tác dụng khối lượng

• Đối với phản ứng đơn giản (pư chỉ diễn gồm 1 giaiđoạn và 1 chiều) thì tốc độ phản ứng ở mỗi thời điểm tỉlệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng (với 1 số

bậc xác định)

Xét phản ứng tổng quát: aA + bB + cC →sản phẩm

Pt tốc độ phản ứng: = p q r

W k C C C

k: hằng số tốc độ Khi Ci = 1 thì W = k Ỉ gọi k là tốc độ riêng của pứ

k phụ thuộc T, không phụ thuộc Ci, đặc trưng cho từng pứ

Trường hợp đơn giản: a = p; b = q; c = r.

PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG

* THEO BẬC PHẢN ỨNG:

Xét phản ứng: aA + bB + cC →sản phẩm

Pt vận tốc: = p q r

W k C C C

n = p + q + r gọi là bậc phản ứng

p, q, r là bậc theo từng chất

n có thể là

phân số hay

số nguyên

* THEO PHÂN TỬ SỐ:

• Phân tử số là số phân tử đồng thời tham gia vào moat giaiđoạn sơ cấp của phản ứng, có các loại:

• Phản ứng đơn phân tử.

• Phản ứng lưỡng phân tử.

• Phản ứng tam phân tử.

Lưu ý:

Bậc phản ứng là đại lượng hình thức, rút ra từ thực nghiệm Phân tử số là một khái niệm lý thuyết, chỉ biết nó khi biết

rõ cơ chế, tức là biết đến từng giai đoạn sơ cấp

Chỉ các phản ứng đơn giản thì phân tử số ≡ bậc phản ứng

3 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

• Là con đường mà các tác chất phải trải qua để

tạo thành sản phẩm cuối

• = Tổng các giai đoạn diễn ra phản ứng hóa học

• Mỗi giai đoạn nhỏ gọi là giai đoạn sơ cấp của phản ứng

• Chất trung gian: là chất được tạo ra trong một số giai

đoạn của quá trình phản ứng hóa học

Xác định cơ chế phản ứng bằng

phương pháp thực nghiệm

1 Xác định các hợp chất trung gian: dùng các

phản ứng đặc trưng, các phương pháp phân tích phổ, phân tích điện.

2 Dự kiến các cơ chế có thể.

3 Thiết lập phương trình động học dựa vào các

cơ chế đó.

4 So sánh phương trình động học với thực

nghiệm.

II ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG

ĐƠN GIẢN

CAo: nồng độ đầu (mol/lit)

x : nồng độ phản ứng.

CA= CAo-x nồng độ còn lại

THỜI GIAN BÁN HỦY t½

• Là thời gian để lượng tác chất còn lại một nửa so

với lúc đầu

C

1 2

ln 2 0,693

Ư

C t

k

=

[k]= C.t–1,

VD: (mol/L).s–1

4 PHẢN ỨNG BẬC n

1 2

PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

• Phương pháp hóa học: phân tích mẫu ở các thời điểm

• Thời gian phải chính xác bằng cách cho phản ứng trong

mẫu ngừng lại

• Phương pháp hóa lý: đo nồng độ thông qua các thông

số vật lý (P, V, góc quay mặt phẳng phân cực ánh sáng,

độ dẫn điện, mật độ quang, chiết suất …)

• - Đo liên tục, không cần cho phản ứng ngừng lại

• - Phải biết liên hệ giữa thông số vật lý và nồng độ

Đo tốc độ phản ứng = Xác định nồng độ của hỗn hợp

phản ứng biến đổi theo thời gian

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

• PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN

1) Giả thiết cơ chế và pt

vận tốc tương ứng

2) Sắp xếp lại và lấy tích phân

3) Xác định giá trị C A , F(C A ) theo

thực nghiệm ở các t Lập bảng:

4) Vẽ F(C A ) theo t

5) Nếu không thẳng, giả thiết lại

kt dt

k )

(C

F )

f(C

0 A

) f(C

- dCA/dt f(CA)

CA

t

1) Giả thiết cơ chế và pt

vận tốc tương ứng

2) Xác định các số liệu thực

6) Nếu không thẳng, giả thiết lại

• PHƯƠNG PHÁP VI PHÂN

CA

t

1) PP cô lập để giảm bậc pứ: thực

hiện pư với C B , C D = const

2) Đưa về dạng tuyến tính

3) Vẽ C A theo t và xác định giá trị

• PHƯƠNG PHÁP THỜI GIAN CHUYỂN HÓA

(1/q) PHẦN CỦA TÁC CHẤT

1 2

Thời gian bán hủy

Thời gian chuyển

hóa (1/q) phần t1/q

(ứng với CA = CAo/q)

1 1

1

1 1

n n

q

Ao Ao

Xác định bậc phản ứng

PP Vi phân PP Tích phân PP Thời gian

C −

t

ln t 1/2

lnC Ao

III ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG

PHỨC TẠP

Phản ứng phức tạp: diễn ra ít nhất 2 giai đoạn

trở lên (Phản ứng thuận nghịch, song song, nối tiếp)

• Nếu trong hệ thống xảy ra 1 số phản ứng thì

mỗi phản ứng đều tuân theo định luật tác dụng

khối lượng và diễn ra độc lập với nhau

• Sự biến đổi tổng cộng của hệ là tổng sự biến đổi

độc lập đó

Quy tắc độc lập

Quy tắc độc lập:

Ở cân bằng hóa học t = t∞ t B Bo

k C C x K

2 PHẢN ỨNG SONG SONG

• Các tác chất có thể tham gia phản ứng theo nhiều hướng khác nhau, tạo thành nhiều chất khác nhau

C

D

• Xét B độc lập với D;

3 PHẢN ỨNG NỐI TIẾP

• Quá trình từ tác chất ban đầu tạo ra sản phẩm

phải trải qua các chất trung gian

1 max

ln k

k t

Xét (k2/k1) = 10 và thay đổi (k2-k1)

• Sau thời gian đủ lớn:

• Ư Hệ tiến tới trạng thái dừng (trạng thái ổn định)

4 Phương pháp nồng độ ổn định

• Nguyên lý trạng thái dừng (nglý nồng độ ổn định):

• Ở trạng thái ổn định, tốc độ tạo thành chất trung giangần bằng tốc độ phân hủy nó nên tổng tốc độ biến đổi

chất trung gian xem như bằng không

1 2 3 4 5

2 2 2

2 2

k k k k k

Ví dụ: Xét phản ứng H2 + Br2 → 2HBr xảy ra trong

tối ở nhiệt độ 200 – 3000C

Qua các giai đoạn:

(giả thiết)

[ ] [ ] [ ] [ ]

d HBr

k Br H k Br H k HBr H dt

2

'

Ư

Ư Tính được gần đúng phương trình động học

Khi có số liệu thực nghiệm, cần kiểm chứng lại pt

động học (được xây dựng trên giả thiết)

IV ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

• Khi nhiệt độ tăng, động năng của các tiểu phân tăng,

xác suất va chạm có hiệu quả tăng

• → vận tốc phản ứng tăng.

1 Quy tắc Vant’ Hoff

• Khi nhiệt độ tăng 10oC thì vận tốc phản ứng

tăng từ 2 đến 4 lần

•

4

2 k

γ: hệ số Vant’ Hoff

n: có thể dương hay âm

k k e = −

Với k o: hệ số tần số

E a: năng lượng hoạt hóa của phản ứng

Năng lượng hoạt hóa

• Là phần năng lượng thêm vào cho các phân tử để

các phân tử có thể tham gia phản ứng

Theo thuyết va chạm:

Là năng lượng tối thiểu thu được khi va chạm để

phản ứng xảy ra được.

Theo thuyết phức chất hoạt động:

NLHH là năng lượng tối thiểu để đạt tới trạng thái

chuyển tiếp.

E RT o

k k e = −

* Nhiệt độ càng cao, phản ứng càng dễ xảy ra.

* E a lớn : k thay đổi nhiều

• E a nhỏ : k thay đổi ít

* Ở cùng nhiệt độ:

•E a càng cao, phản ứng

càng khó xảy ra.

SỰ NỔ NHIỆT

• Là sự tăng nhanh chóng

tốc độ và nhiệt độ của

phản ứng tỏa nhiệt

• Nhiệt độ tăng, làm k tăng theo (theo hàm mũ)

Ỉ tốc độ pứ tăng lênkhông ngừng → sự nổnhiệt

ΔH → T ↑ → W ↑ → ΔH

↑↑ → T ↑↑ → W↑↑ →

ΔH ↑↑ ↑ → …

→ sự nổ nhiệt.

q 1: tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng

q 2: tốc độ truyền nhiệt ra ngoài môi trường q 2 = β.(T – T o )

/

q Qk e = − C C