Chương 5 phảnưng chất rắn

 Sự chuyển dịch vật chất ở trạng thái rắn và qua đó là sự hoạt động của chất rắn phụ thuộc vào sự linh động của các tiểu phân riêng biệt trong mạng tinh thể... PHẢN ỨNG CỦA CÁC CHẤT Ở T

Trang 1

Chương V

PHẢN ỨNG VỚI SỰ THAM GIA

CỦA CHẤT RẮN

Trang 2

PHẢN ỨNG VỚI SỰ THAM GIA CỦA CHẤT RẮN

1) So sánh đặc điểm của phản ứng trong pha rắn với

phản ứng trong pha khí và phản ứng trong pha lỏng

2) Cấu trúc và tính chất của các chất ở pha rắn

3) Phản ứng của các chất ở pha rắn với các chất ở pha khí 4) Phản ứng của các chất ở pha rắn với các chất ở pha lỏng 5) Phản ứng giữa các chất ở pha rắn

6) Phản ứng quang hóa

7) Phản ứng dây truyền

2

Trang 3

PHẢN ỨNG CỦA CÁC CHẤT Ở TRẠNG THÁI RẮN

RẮN

 Phản ứng hóa học chất rắn xảy ra nếu có sự chuyển

dịch vật chất có tính chất cục bộ trong tướng kết tinh,

tức là trong phản ứng đó có sự chuyển dời chất rắn và sản phẩm cuối cùng phải là chất rắn Điều đó có nghĩa là pha lỏng và pha khí vẫn được phép tham gia phản ứng nhưng sản phẩm cuối cùng phải là chất rắn

 Sự chuyển dịch vật chất ở trạng thái rắn và qua đó là sự hoạt động của chất rắn phụ thuộc vào sự linh động của các tiểu phân riêng biệt trong mạng tinh thể

Trang 4

 1) Các loại phản ứng chất rắn

 a) Các phản ứng đồng thể

 Khi thay đổi nhiệt độ đối với một tinh thể spinen như NiAl2O4 ở trạng thái cân bằng thì xảy ra sự phân bố lại các ion:

 Ni + Al = Ni + Al

 chỉ số A và B là số phối trí tứ diện họăc

bát diện trong mạng tinh thể lớn sắp xếp đặc khít của oxi

Trang 5

 b) Phản ứng trong một đơn tướng của

 - Sự thâm nhập hai tinh thể vào nhau

của Ag và Cu, của MgO và NiO, hoặc của

Trang 6

 - Sự hình thành các hợp chất ba cấu tử

trong các phản ứng

 NiO + Al2O3 = NiAl2O4

6

Trang 7

 II PHẢN ỨNG CỦA CÁC CHẤT Ở PHA

RẮN VỚI CÁC CHẤT Ở PHA LỎNG

 Me + n OH = MeO + H2O + ne

 3Fe + 12 H2O = Fe3O4 + 8H3O+ + 8e

Trang 8

 III PHẢN ỨNG CỦA CÁC CHẤT Ở PHA RẮN VỚI CÁC CHẤT Ở PHA KHÍ

 Ni + O2 = "NiO"

 Viết "NiO" vì có một lượng nhát định Ni3+

trong đó, một Ni2+ tác dụng với một Ni3+ tạo ra một vùng trống nên hóa học phải

viết là "NiO"

 M + O2 = MxOy ;

 M + H2S = MxSy

8

Trang 9

 Một số kim loại phản ứng mạnh nhưng không tác dụng với oxi do tạo thành lớp oxit bao bọc che kín

bề mặt kim loại, nhưng một số kim lọai tạo oxit xốp không bao bọc được bề mặt kim loại

 Tại sao có 2 loại oxit? Nguyên nhân?

 Nếu < 1  thể tích oxit không đủ che kín thể

tích kim loại chiếm chỗ trước đó nên tạo lớp oxit xốp

 Nếu > 1  thể tích oxit che kín toàn bộ thể

V

VM MO

Trang 10

 IV PHẢN ỨNG GIỮA CÁC CHẤT Ở PHA RẮN

Trang 11

Trang 12

AgI(r) Ag2 HgI4(r) HgI2(r)

VD: 2AgI(r) + HgI2(r)  Ag2 HgI 4(r)

12

Trang 13

PHẢN ỨNG QUANG HÓA HỌC

Trang 14

 1 Khái niệm

 Các phản ứng hóa học được gây nên

hoặc được tăng tốc độ bởi các bức xạ gọi

là các phản ứng quang hoá học, hay phản ứng quang hoá học là phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng

 Ví dụ:

2 2

1 Br Ag

AgBr ánhsáng   

2 6

12 6

, 2

6CO  H O anhsáng  Clorofil C H O  O

14

Trang 16

 Có 2 loại phản ứng quang hoá học

 a) Phản ứng quang hoá học kèm theo

sự giảm thế đẳng áp

 Về mặt nhiệt động phản ứng tự diễn

biến, tia bức xạ chỉ đóng vai trò khởi đầu

hoặc làm giảm năng lượng hoạt hóa

 b) Phản ứng quang hoá học kèm theo

sự tăng thế đẳng áp

 Ví dụ: 3O2  h 2O3

16

Trang 17

 Các phản ứng quang hoá tuân theo hai định

luật cơ bản: Định luật Grothus và định luật

Trang 18

 "Chỉ những các bức nào được hấp thụ bởi hệ

phản ứng mới có thể gây nên sự biến đổi hóa

học" có nghĩa là một phản ứng quang hóa nào

đó chỉ có thể xẩy ra khi được bức xạ bằng

những tia sáng có tần số xác định Ví dụ phản

ứng phân hủy AgBr chỉ xảy ra dưới tác dụng của tia sáng ở vùng trông thấy và vùng tử ngoại.Các tia đỏ (ở vùng hồng ngoại) không thể gây ra

phản ứng này

18

Trang 19

mà thôi Trong một số trường hợp khác thì bức

xạ bị hấp thụ lại được các phân tử phản ứng

phát trở lại dưới dạng ánh sáng có cùng tần số hoặc khác tần số Đó là hiện tượng phát quang

Trang 20

quang hóa học)

 "Mỗi phân tử chất muốn phản ứng được trong

mỗi phản ứng quang hoá học phải hấp thụ một lượng tử bức xạ đã gây nên phản ứng" hay một

phân tử chất phản ứng có thể bị hoạt hóa khi

hấp thụ môt photon

luận rằng trong một phản ứng quang hóa đã cho nào đó, một phân tử của chất phản ứng có thể

bị hoạt hóa khi hấp thụ môt photon có tần số

thỏa mãn hệ thức: h ≥ E

20

Trang 21

 Ở đây h = 6,62.10-34(j.s) là hằng số Planck,

E là năng lượng hoạt động hóa của phản

ứng Nếu tính với một mol chất thì nó nhận

được một năng lượng: E = N0 h ;



  C

0

0 

Trang 22

 Trị số năng lượng E giảm khi độ dài sóng λ tăng, như vậy năng lượng mà một phân tử nhận được

sẽ lớn nhất với ánh sáng tím và nhỏ nhất với ánh sáng đỏ trong vùng ánh sáng nhìn thấy

Trang 23

 Như vậy, ánh sáng không phải là chất xúc

tác cho phản ứng mà là tác nhân cung cấp năng lượng cho phản ứng, hoạt đông hóa

các phân tử của chất phản ứng

 Đối với các phản ứng quang hoá học

người ta định nghĩa một đại lượng gọi là

hiệu suất lượng tử  :

1s) ung(trong

phan phân tu

Sô



Trang 24

24

Trang 25

hC N

h

N

0 8

0

10 2540

859 ,

2 10

859 ,

2 10

10 184 ,

4 (

10 2540

859 ,

jun

E 

Trang 26

 Vậy hiệu suất lượng tử =

 Tuy nhiên, nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có nhiều phản ứng có hiệu suất lượng tử lớn hơn 1

 Ví dụ: Phản ứng CO + Cl2 → COCl2 có  = 103

 Phản ứng H2 + Cl2 → 2HCl có  = 105

599,

02540

.1,88

10.184,

4.859,

2.10.12,

26

Trang 27

nhường năng lượng hấp thụ được cho môi

trường xung quanh để không bị hoạt hóa thì

 < 1 Như vậy sự hấp thụ một photon chỉ sinh ra

Trang 28

 - Trong trường hợp  > 1, sự hấp thụ 1 photon không phải chỉ sinh ra 1 mà nhiều trung tâm

hoạt đông, thường được gọi là các gốc tự do

Các gốc tự do này lại là tác nhân để sinh ra các trung tâm hoạt động khác nữa Cứ thế số trung tâm hoạt động được nhân lên, phản ứng xảy ra theo một hay một số mạch những giai đoạn (

hay mắt xích ) kế tục nhau Những phản ứng

như vậy được gọi là phản ứng dây chuyền

28

Trang 29

PHẢN ỨNG

Trang 30

30

Trang 31

PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

 Phản ứng dây chuyền chỉ gồm một mạch phản ứng duy nhất được gọi là phản ứng dây chuyền không phân nhánh Dễ dàng nhận thấy rằng

trong các phản ứng này, ở giai đoạn phát triển mạch, từ một trung tâm hoạt động này chỉ sinh

ra một trung tâm hoạt động khác, và ngược lại

 Đây là loại phản ứng dây chuyền mà ở đó một

tiểu phân của chất trung gian hoạt động (trung tâm hoạt tính) tham gia vào một phản ứng cơ sở

Trang 32

 Tất cả các phản ứng dây chuyền đều gồm ba

giai đoạn chủ yếu: giai đoạn khơi mào, giai đoạn lan truyền và giai đoạn đứt mạch

1

.

Br m HBr

Br

H k

V





M Br

M

Br   k1 2 

2

M H

M

2

32

Trang 33

 Trong 2 phản ứng khơi mào thì phản ứng đầu

dễ xảy ra hơn vì Br2 kém bền hơn H2

 Giai đoạn lan truyền: Br + H2 → HBr + H (2)

Trang 34

 Giai đoạn đứt mạch chẳng hạn sự gặp nhau

của hai gốc hay sự va chạm của các gốc với

thành bình phản ứng:

 H + Br → HBr (4) ; 2H + M → H2 + M (4') ; 2Br + M → Br2 + M (4'')

 Ví dụ: Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối hidro

và clo không phản ứng với nhau, nhưng khi bức

xạ hỗn hợp bằng tia sáng xanh hay tử ngoại

phản ứng xảy ra ngay Hiện tượng này được

giải thích như sau: Khi một phân tử clo hấp thụ một photon, nó bị phân hủy, tạo thành hai

nguyên tử - gốc tự do: (1) Cl h Cl

2

34

Trang 35

 Mỗi nguyên tử clo được tao thành sẽ phản ứng với một phân tử hidro:

 Cl + H2 → HCl + H (2)

 tạo thanh một phân tử HCl đồng thời giải phóng

ra một nguyên tử hidro - gốc tự do Nguyên tử H này, khi phản ứng với một phân tử clo, sẽ sinh

ra một gốc clo mới:

 H + Cl2 → HCl + Cl (3)

Trang 36

 Gốc Cl mới này lại phản ứng với một phân tử

H2 theo (2) để tạo thành một gốc H và cứ thế mạch phản ứng được tiếp tục cho đến kho các gốc tự do bị mất đi do một quá trình nào đó,

chẳng hạn sự gặp nhau của hai gốc:

H + Cl → HCl (4) ; H + H → H2 (4') ;

Cl + Cl → Cl2 (4'')

hay sự va chạm của các gốc với thành bình

phản ứng

 Trong một phản ứng dây chuyền như thế này

phản ứng (1) được gọi là giai đoạn khơi mào;

các phản ứng (2) và (3) - giai đoạn phát triển

mạch; các phản ứng (4) - giai đoạn ngắt mạch

36

Trang 37

 Ở phản ứng đang xét, giai đoạn phát triển mạch

có thể xem là sự lặp đi lặp lại của các phản ứng (2) và (3) Tập hợp hai phản ứng kế tiếp nhau

này tạo thành một mắt xích của dây chuyền Số

lượng mắt xích của dây chuyền nhiều hay ít phụ thuộc vaò bản chất của phản ứng và hình dạng của bình phản ứng

Trang 38

 Đây là phản ứng dây chuyền, trong đó có một

tiểu phân hoạt động, khi tham gia vào

một phản ứng cơ sở, có thể gây ra sự hình thành hai hoặc nhiều tiểu phân hoạt động mới Kết quả

là số tiểu phân hoạt động tăng dần theo cấp số nhân trong quá trình phản ứng, tốc độ phản ứng tăng nhanh và thường kết thúc ở dạng nổ

Ví dụ, khi đun nóng hỗn hợp oxi - hidro tỉ lệ 1:2

hỗn hợp sẽ nổ Đó là vì trong hỗn hợp đã xảy ra phản ứng dây chuyền phân nhánh

38

Trang 39

Quá trình phản ứng có thể được biểu diễn bằng

sơ đồ sau:

Trang 40

 Phản ứng phân hủy phóng xạ Điều này có nghĩa là thời gian nửa phản ứng của một số phản ứng đã cho nào đó là một hằng số đặc trưng cho phản ứng đó

(ở một nhiệt độ xác định)

 Chu kỳ bán huỷ là một hằng số vật lý quan trọng của các chất phóng xạ

Trang 41

Trang 42

 Trong các phản ứng dây chuyền phân nhánh số trung tâm hoạt động phát triển theo cấp số

nhân, phản ứng được gia tốc mãnh liệt, nên

thường gây ra hiện tượng nổ Người ta cho rằng các phản ứng cháy và phản ứng nổ đều là phản ứng dây chuyền phân nhánh

 Phản ứng phân rã hạt nhân trong bom nguyên

tử và trong các lò phản ứng hạt nhân cũng là

một ví dụ về phản ứng dây chuyền phân nhánh Khi một nguyên tử 235U bị bắn phá bằng một

nơtron chậm, hạt nhân của nó bị vỡ thành hai

mảnh với khối lượng gần bằng nhau, đồng thời sinh ra 3 hạt nơtron, và cứ thế quá trình xảy ra

42

Trang 43

 Sơ đồ của quá trinh được biểu diễn như sau:

Trang 44

Trang 45

 Phản ứng phân hủy phóng xạ Điều này có

nghĩa là thời gian nửa phản ứng của một số

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	2,03 MB