Bài giảng về Động hóa học

Động hĩa học1.Khái niệm chung2.Vận tốc phản ứng3.Lý thuyết cơ sở của ĐHH4.Ảnh hưởng của nồng độ 5.Ảnh hưởng của nhiệt độ 6.Ảnh hưởng của chất xúc tác 1.Khái niệm chungNhiệt động hĩa học: NC về khả năng tự diễn biến của các p/u GTP 0 : p/u khơng tự xảy ra GTP = 0 : p/u đạt t.thái cân bằng. Động hĩa học: Nghiên cứu về cơ chế & Tốc độ phản ứngHệ số tỷ lượng Số chỉ số nguyên tử, phân tử và ion của các chất tham gia tương tác được ghi trong phương trình phản ứng hĩa học Ví dụ 2KClO3  3O2 + 2KCl Hệ số tỷ lượng : 2, 3, 21.Khái niệm chungPhản ứng đơn giản P/u chỉ xảy ra ở 1 giai đoạn Ví dụ : 2KClO3  3O2 + 2KCPhản ứng phức tạp P/u chỉ xảy ra qua nhiều giai đoạn Ví dụ Giai đoạn 1 : Giai đoạn 2 : P/u tổng : 1.Khái niệm chungPhân tử số là số phân tử (ng.tử, ion) tham gia vào một phản ứng sơ cấp.P/u đơn phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 1 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm I2 = 2I1.Khái niệm chungP/u hai phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 2 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm 2HI = H2 + I2 NO + O3 = NO2 + O2 P/u ba phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 3 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm 1.Khái niệm chungPhản ứng đồng thể P/u chỉ xảy ra trong hệ đồng thể (chất p/u & sp ở cùng một pha) Ví dụ : H2(k) + N2(k)  NH3(k)  P/u : xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong tồn bộ thể tích Phản ứng dị thể P/u chỉ xảy ra trong hệ dị thể (chất p/u & sp ở một vài pha)  Ví dụ Zn(r) + HCl(l)  ZnCl2(l)+ H2(k)  P/u : xảy ra trên bề mặt phân chia pha1.Khái niệm chung2.Vận tốc phản ứngVận tốc p/u hố học xác định bằng biến thiên nồng độ của một trong chất tham gia hoặc tạo thành p/u trong một đơn vị thời gian A + B = C + D C-nồng độ, mol/lit  - thời gian, giây (phút, giờ) Vận tốc trung bình Dấu “+” : nồng độ sản phẩm Dấu “-” : nồng độ chất p/u  Vận tốc tức thờiaA + bB  cC + dDCho phản ứng:Vận tốc trung bìnhVận tốc tức thờiĐịnh luật tác dụng khối lượng – bậc phản ứngĐịnh luật tác dụng khối lượngk: hằng số tốc độ phản ứng[A], [B] : nồng độ tại thời điểm xétm,n : bậc phản ứng theo chất A, BBậc phản ứng: m+n : bậc phản ứng tổng quátBậc phản ứng xác định bằng thực nghiệmBậc phản ứng có thể là số lẻ, số âm, dương hay 0Các phản ứng có bậc ≥ 3: khó xảy ra.aA + bB  cC + dDVí dụ: Phản ứng bậc 1I2  2I v = k[I2] 2N2O5  4NO2 + O2 v = k[N2O5]NO + O3  NO2 + O2 v = k.[NO].[O3]2 HI  H2 + I2 v = k.[HI]2Ví dụ: Phản ứng bậc 2CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k) v = k.[CaCO3]0 = kVí dụ: Phản ứng bậc 0Ví dụ: Phản ứng bậc 3/2CH3CHO (k)  CH4 (k) CO (k) v = k.[CH3CHO]3/2Hằng số vận tốc phản ứnga.Ý nghĩa của k:Khi [A] =[B] =1  v = k  k: vận tốc riêng của phản ứngb.Phương trình Arrheniusk0 : hằng số đối với mỗi phản ứngE*: năng lượng hoạt hóa T : nhiệt độ tuyệt đốiR = 8,314J/mol.K = 1,987cal/mol.K  k phụ thuộc nhiệt độHằng số vận tốc của một vài phản ứngPhản ứng bậc 0v = k  Đơn vị k : mol/L.thời gianPhản ứng bậc 1v = k[A] Phản ứng bậc 2v = k[A]2 Phản ứng bậc nhất đơn giảnTa cĩ thể chuyển biểu thức vận tốc thành phương trình biểu diễn nồng độ theo thời gian. Đối với phản ứng bậc nhất, vận tốc tăng gấp đơi khi nồng độ tăng gấp đơi.Đường ln[A]t theo t là một đường thẳng với độ dốc -k và tung độ gốc ln[A]0.Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2Half-life t1/2 là thời gian để nồng độ tác chất giảm cịn một nửa so với ban đầu. Tức là half life, t1/2 , là thời gian để nồng độ tác chất A giảm từ [A]0 xuống ½[A]0.Biểu thức của t1/2half life, t1/2 , khơng phụ thuộc nồng độ đầu của tác chất [A]oPhản ứng bậc hai đơn giảnCho phản ứng bậc hai với chỉ một tác chất AĐường biểu diễn 1/[A]t theo t là một đường thẳng với độ dốc k và tung độ gốc 1/[A]0Đường biểu diễn của ln[A]t theo t khơng phải là đường thẳng.Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2 phụ thuộc nồng độ đầu của tác chất [A]oMột phản ứng cĩ biểu thức vận tốc dạng:rate = k[A][B], là phản ứng cĩ bậc chung là bậc hai nhưng bậc nhất theo A và B. 3.Thuyết va chạm (The Collision Model)Từ những quan sát cho thấy vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ, người ta đưa ra lý thuyết nhẳm giải thích những kết quả quan sát này. The collision model: Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải va chạm đủ mạnh với nhauSố lần va chạm càng nhiều, vận tốc phản ứng càng lớnThuyết va chạmThuyết va chạmSố phân tử hiện diện càng nhiều, khả năng va chạm càng lớn, vận tốc càng lớn.Nhiệt độ càng cao, các phân tử càng sở hữu nhiều năng lượng, vận tốc càng lớn.Lưu ý: Khơng phải mọi va chạm đều dẫn đền phản ứng. Thực sự chỉ một phần nhỏ số va chạm dẫn đến sự tạo thành sản phẩm. Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải va chạm đúng hướng với năng lượng đủ lớn mới tạo thành sản phẩm. THUYẾT VA CHẠM HOẠT ĐỘNGSự định hướng khơng gian giữa các tiểu phân va chạm cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.Định hướng thuận lợiĐịnh hướng khơng thuận lợiI- + CH3 –Br → I. CH3.Br →I_ CH3 +Br-Chất phản ứngPhức chất hoạt độngSản phẩmĐịnh hướng khơng gianVa chạm cĩ hiệu quảVa chạm khơng hiệu quảNăng lượng họat hĩa (Activation Energy) Theo Arrhenius: Các phân tử phải sở hữu một năng lượng tối thiểu nào đĩ thì phản ứng mới xảy ra. Tại sao? Vì: Để tạo thành sản phẩm, phải cĩ quá trình đứt nối xảy ra ở tác chất.Quá trình đứt nối cần năng lượng Năng lượng họat hĩa Ea là năng lượng tối thiểu để khơi mào một phản ứng hĩa học.Hĩa Đại cương A2Chương 325Activation EnergyNăng lượng hoạt hố (Arrhenius) Nội dung Khi va chạm: chỉ những phân tử hoạt động cĩ năng lượng dư mới tham gia p/u K-hằng số tốc độ p/u A-hằng số đặc trưng cho p/u E*-năng lượng hoạt hố, kJ/mol R-hằng số khí T-nhiệt độTính năng lượng hoạt hố E*Tại T1: hằng số vận tốc p/u K1Tại T2: hằng số vận tốc p/u K2 4.Ảnh hưởng của xúc tác1.Khái niệm về chất xúc tác2.Cơ chế qúa trình xúc tác3.Đặc điểm qúa trình xúc tác4.Ứng dụng của xúc tác 1.Khái niệm xúc tácChất xúc tác dương :tốc độ p/u 2H2 + O2 2H2O SO2 SO3 Chất xúc tác âm (chất ức chế):tốc độ p/u 2Na2SO3 + O2 Na2SO4 Bảo quản thực phẩm Chống ăn mịn kim loại PtV2O5GlyxerinChất xúc tácTham gia vào phản ứngLàm thay đổi tốc độ phản ứngKhơng cĩ mặt trong sản phẩmGiữ nguyên lượng & Chất2.Cơ chế quá trình xúc tácQ.trình xúc tác đồng thể (Thuyết phức chất hoạt động) A + B  ? 1.A + X (chất xúc tác)  Hợp chất trung gian AX 2. AX + BHợp chất AB & chất xúc tác X AX ; AXB : phức chất hoạt động Quá trình xúc tác dị thể (Thuyết hấp phụ) 1.Hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác 2.P/u tạo phức chất hấp phụ (phức chất bề mặt) 3.Giải phấp phụ Sản phẩm + Chất xúc tác 2.Cơ chế qúa trình xúc tácXúc tác dị thểChất xúc tác cĩ tính lựa chọn C2H5OHC2H4CH3COHCu & 250oCAl2O3 & 450oCEtilenRượu etylicAldehid acetic3.Đặc điểm quá trình xúc tácChất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hĩa E* 3.Đặc điểm quá trình xúc tác3.Đặc điểm qúa trình xúc tácLượng chất xúc tác : min & constChất xúc tác khơng làm thay đổi nhiệt động học của p/u  G 0 : chất xúc tác  p/u : khơng xảy raChất xúc tác khơng làm chuyển dịch cân bằng mà chỉ làm cho p/u chĩng đạt tới trạng thái cân bằng 2. Máy nénN2H2Các khí đ­ỵc trộn đều và làm sạch3. Mâm chuyển hĩa4. Buồng làm lạnhN2 H2 NH3NH3 đĩng thùngN2 và H2 khơng p/uMâm đựng xúc tác FeP=200 atm T=450°C Sản xuất amoniac N2+ 3H2  2NH34. Ứng dụng của xúc tácSản xuất H2SO44.Ứng dụng của xúc tácXúc tác men (enzym)  Peptid Hợp chất được hình thành từ hai hay nhiều phân tử amino acid  Protein Hợp chất được hình thành từ n-phân tử amino acid Xúc tác men (enzim)  Xúc tác enzim Cĩ bản chất protein, cĩ khả năng xúc tác cho qúa trình hĩa học, đặc biết trong cơ thể sinh vật 4.Ứng dụng của xúc tácSản xuất rượu Etylic C2H5OH Xúc tác : men Xúc tác EnzinSản xuất rượu biaMen vi sinh vậtXúc tác Enzin