1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

BÀI GIẢNG ĐỘNG HÓA HỌC

87 5 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Động Hóa Học
Định dạng
Số trang 87
Dung lượng 789,31 KB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ QUI LUẬT CƠ BẢN (6)
    • 1.1 Đối tượng của động hoá học (6)
    • 1.2 Giá trị của động hoá học (6)
    • 2. Các đ i ề u ki ệ n c ầ n thi ế t x ả y ra ph ả n ứ ng hoá h ọ c (6)
      • 2.1 Điều kiện nhiệt động học (6)
      • 2.2 Điều kiện động hoá học (6)
      • 2.3 Điều kiện xúc tác (6)
    • 3. Một số dạng phản ứng, vai trò thành bình phản ứng (7)
      • 3.1. H ệ hoá h ọ c (7)
      • 3.2. Phản ứng đơn giản và phức tạp (7)
      • 3.3. Ph ả n ứ ng hoàn toàn và không hoàn toàn (7)
      • 3.4. Phản ứng đồng thể, đồng pha, dị pha (7)
      • 3.5. Ả nh h ưở ng c ủ a thành bình và c ủ a các b ề m ặ t r ắ n (8)
    • 4. Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ không đổi (8)
      • 4.1 Đị nh ngh ĩ a (8)
    • 5. Định luật cơ bản trong động hoá học. Ảnh hưởng của nồng độ đến vận tốc phản ứng (9)
      • 5.1. Ảnh hưởng của nồng độ (9)
      • 5.2 Phản ứng có bậc động học (9)
  • CHƯƠNG 2: ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ (12)
    • 1.1. Định nghĩa (12)
    • 1.2. D ạ ng ph ả n ứ ng và ph ươ ng trình độ ng h ọ c (12)
    • 2. Phản ứng bậc 1 (12)
      • 2.1. M ộ t s ố ví d ụ (12)
      • 2.2. Phương trình động học (0)
    • 3. Ph ả n ứ ng b ậ c 2; 1 chi ề u (13)
      • 3.1. Phản ứng bậc 2; 1 chiều (13)
      • 3.2. Động học của phản ứng bậc 2 đơn giản (13)
      • 3.3. Sự giảm bậc của phản ứng (14)
      • 3.4. Ph ả n ứ ng b ậ c 2 có n ồ ng độ không t ỷ l ượ ng (14)
    • 4. Phản ứng bậc 3, 1 chiều (15)
    • 6. Phản ứng bậc n (17)
    • 7. Phản ứng bậc phân số (17)
    • 8. Động học các phản ứng phức tạp (18)
      • 8.1. Phản ứng thuận nghịch (18)
      • 8.2. Các phản ứng song song (20)
      • 8.3. Động học của phản ứng nối tiếp bậc 1 (22)
    • 9. Ph ươ ng pháp xác đị nh b ậ c ph ả n ứ ng (23)
      • 9.1. Phương pháp đoán thử (23)
      • 9.2. Ph ươ ng pháp đồ th ị (23)
      • 9.3. Dựa vào chu kỳ bán hủy (24)
      • 9.4. Ph ươ ng pháp Van H ố p (24)
      • 9.5. Phương pháp cô lập (phương pháp dư) (24)
    • 10. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG (25)
      • 10.1. Mở đầu (25)
      • 10.2. H ệ s ố nhi ệ t độ (0)
      • 10.3. Phương trình Van Hốp (26)
      • 10.4. Định luật Arêniut (0)
      • 10.5. N ă ng l ượ ng ho ạ t hóa th ự c và bi ể u ki ế n (28)
      • 10.6. Hiệu ứng bù trừ (28)
    • 11. PH ƯƠ NG PHÁP NGHIÊN C Ứ U T Ố C ĐỘ PH Ả N Ứ NG VÀ X Ử LÝ S Ố LI Ệ U (29)
    • 1. Các phương pháp nghiên cứu tốc độ phản ứng (29)
    • 1. Thuy ế t va ch ạ m ho ạ t độ ng (32)
    • 2. Cơ sở tính k (32)
    • 1. Khái niệm mở đầu (32)
    • 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG TRONG DUNG DỊCH (37)
      • 1.2. Ả nh h ưở ng c ủ a áp su ấ t lên t ố c độ ph ả n ứ ng (38)
    • 2. Ảnh hưởng của dung môi lên tốc độ phản ứng (39)
      • 2.1. L ự c gi ữ a các phân t ử (0)
      • 2.2. Cấu trúc chất lỏng (40)
      • 2.3. S ự solvat hóa phân t ử trung hòa và ion (41)
      • 2.4. Phản ứng của phân tử trung hòa diễn ra qua trạng thái chuyển tiếp không phân cực (42)
      • 2.5. Ảnh hưởng của độ phân cực dung môi lên tốc độ phản ứng phân cực (42)
      • 2.6. Phản ứng của phân tử trung hòa diễn ra qua trạng thái chuyển tiếp phân cực (42)
      • 2.7. Phản ứng giữa các ion (43)
      • 2.8. Phản ứng giữa ion và phân tử trung hòa (43)
    • 3. Ảnh hưởng của sự sonvat hóa riêng lên tốc độ phản ứng (43)
    • 1. Đặ c đ i ể m chung (45)
    • 2. Các giai đoạn của phản ứng quang hoá học (45)
    • 3. S ự h ấ p th ụ ánh sáng trong môi tr ườ ng đồ ng th ể - Đị nh lu ậ t LAMBE – BIA (46)
    • 1. Định luật Grotut – Đrepe (46)
    • 2. Định luật Van - Hốp (46)
    • 3. Đị nh lu ậ t đươ ng l ượ ng quang hoá c ủ a Anhstanh (46)
    • 4. Động học của phản ứng quang hoá học (47)
    • 5. Động học của phản ứng quang hoá (48)
    • 6. M ộ t s ố quá trình quang hoá trong t ự nhiên và trong k ỹ thu ậ t (48)
      • 6.1. Sự phát huỳnh quang, lân quang (48)
      • 6.2. S ự hình thành và phá hu ỷ t ầ ng ozôn (48)
      • 6.3. Sự quang hợp (49)
      • 6.4. Quá trình v ề ả nh (49)
  • CHƯƠNG 4 CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ KHÍ (50)
    • 1. CÁC D Ạ NG CHUY Ể N ĐỘ NG C Ủ A PHÂN T Ử KHÍ (50)
      • 1.1. Năng lượng toàn phần của một phân tử khí (50)
      • 1.2. S ố b ậ c t ự do c ủ a phân t ử (50)
    • 2. NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ KHÍ LÍ TƯỞNG TÍNH THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ (50)
      • 2.1. Năng lượng tịnh tiên của hạt tự do (50)
      • 2.2. Năng lượng quay của phân tử hai nguyên tử (51)
      • 2.3. Năng lượng dao động của phân tử hai nguyên tử coi như dao động tử điều hóa tiến tính (51)
      • 2.4. Dao độ ng th ự c c ủ a phân t ử (52)
      • 2.5. Năng lượng electron toàn phần của phân tử (53)
    • 1. Cơ học thống kê (53)
    • 3. Thống kê cổ điển và thống kê lượng tử (55)
      • 3.1. Thống kê cổ điển Măcxoen- Bônxman (55)
      • 3.2. Thống kê lượng tử (55)
    • 1. Đặt vấn đề (55)
    • 2. Đị nh lu ậ t phân b ố Bônxman (57)
    • 3. So sánh với các thống kê lượng tử (57)
    • 1. Trị trung bình của tốc độ phân tử khí (60)
      • 1.1. Tr ị trung bình c ủ a t ố c độ phân t ử khí theo m ộ t ph ươ ng xác đị nh (60)
      • 1.2. Trị của tốc độ bình phương trung bình theo một phương xác định (60)
      • 1.3. Độ ng n ă ng trung bình c ủ a phân t ử đố i v ớ i 1 b ậ c t ự do (60)
      • 1.4. Trị trung bình của tốc độ phân tử trong không gian ba chiều (60)
      • 1.5. Tr ị bình ph ươ ng trung bình c ủ a t ố c độ theo ba b ậ c t ự do (61)
      • 1.6. Động năng trung bình của phân tử theo 3 bậc tự do (61)
      • 1.7. C ă n b ậ c hai c ủ a t ố c độ bình ph ươ ng trung bình (61)
  • CHƯƠNG 5. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN (62)
    • 1. Gốc tự do (62)
    • 2. Sự tạo thành gốc tự do (62)
    • 3. Các loại phản ứng điển hình của gốc tự do (62)
    • 4. Cơ chế của phản ứng dây chuyền (62)
    • 1. Động học của phản ứng dây chuyền thẳng (không phân nhánh) (63)
    • 2. Ph ả n ứ ng dây chuy ề n phân nhánh (65)
    • 3. Động học phản ứng oxy hoá hyđro (66)
    • 4. S ự khác nhau gi ữ a n ổ nhi ệ t và n ổ dây chuy ề n (68)
  • CHƯƠNG 6: ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ VÀ XÚC TÁC (70)
    • 2. Nhiệt động học của quá trình hấp phụ (70)
    • 3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Lăng- Mua và Động học của quá trình hấp phụ (71)
    • 4. Đặc điểm của quá trình dị thể (72)
    • 5. Động học của một số quá trình dị thể (74)
    • 6. Xúc tác (75)
      • 6.1. Khái niệm và định nghĩa (75)
      • 6.2. Phân loại xúc tác (75)
      • 6.3. Đặ c đ i ể m c ủ a hi ệ n t ượ ng xúc tác (75)
      • 6.4. Động học của phản ứng xúc tác đồng thể axit – bazơ (76)
      • 6.5. Xúc tác men (ezim) (77)
    • 1. Thuy ế t h ợ p ch ấ t trung gian (80)
    • 2. Thuyết hợp chất bề mặt (80)
    • 3. Thuyết trung tâm hoạt động (80)
    • 4. Thuyết đa vị (80)
    • 5. Thuy ế t t ậ p h ợ p ho ạ t độ ng ( hay còn g ọ i là thuy ế t đ oàn ho ạ t độ ng ) (83)

Nội dung

NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ QUI LUẬT CƠ BẢN

Đối tượng của động hoá học

Động hóa học, một nhánh của hóa lý, nghiên cứu về tốc độ của phản ứng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ này như nhiệt độ, nồng độ và xúc tác Ngoài ra, động hóa học còn khám phá cơ chế phản ứng, mô tả sự diễn biến từ trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối cùng của phản ứng.

Giá trị của động hoá học

Động hóa học đóng vai trò quan trọng trong cả lý thuyết và thực tiễn Về lý thuyết, nó giúp khám phá và hiểu rõ các quy luật, đặc trưng động học và cơ chế của phản ứng hóa học Điều này cho phép tối ưu hóa chế độ làm việc của các lò phản ứng và thiết bị liên quan, từ đó mở ra khả năng điều khiển có ý thức và cải tiến các quá trình công nghệ hiện có, cũng như phát triển những quy trình công nghệ mới nhằm nâng cao năng suất lao động.

Các đ i ề u ki ệ n c ầ n thi ế t x ả y ra ph ả n ứ ng hoá h ọ c

2.1 Điều kiện nhiệt động học:

Mọi quá trình hóa lý xẩy ra đều tuân theo hệ thức:

∆G T,P = ∆H - T∆S < 0 : Quá trình (phản ứng) tự diễn biến theo chiều thuận

∆GT,P > 0 : Quá trình (phản ứng) không tự xẩy ra hay diễn ra theo chiều nghịch

∆GT,P = 0 : Quá trình (phản ứng) đạt trạng thái cân bằng

Mặc dù nhiệt động học cung cấp thông tin về khả năng xảy ra của các phản ứng hóa học, nhưng nó không chỉ ra tốc độ của các phản ứng này Thời gian (t), một yếu tố quan trọng trong thực tiễn, lại không được đề cập trong các phương trình nhiệt động học truyền thống.

Tốc độ phản ứng hóa học không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với ái lực hóa học; những phản ứng có ái lực mạnh có thể xảy ra với tốc độ chậm hoặc thậm chí rất chậm.

Phản ứng 2H₂ (k) + O₂ (k) = 2H₂O (k) có ∆G°298 = -228,2 kJ/mol cho thấy rằng ở 25°C, phản ứng này không xảy ra hoàn toàn Tuy nhiên, khi nhiệt độ được nâng lên 200°C, phản ứng vẫn diễn ra chậm Đặc biệt, khi nhiệt độ đạt 700°C, phản ứng xảy ra ngay lập tức với hình thức nổ.

2.2 Điều kiện động hoá học:

Khả năng thực hiện một phản ứng hóa học được xác định bởi năng lượng hoạt hóa, khái niệm được Anrhenius giới thiệu vào năm 1889 Năng lượng hoạt hóa là mức năng lượng tối thiểu mà các phân tử cần có để tương tác và thực hiện phản ứng, cho phép chúng vượt qua rào cản thế năng giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng.

Khi tạo những điều kiện thích hợp (nâng t o , xúc tác, ánh sáng…) để vượt qua trở ngại động học thì phản ứng mới xảy ra được

Chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong nhiều phản ứng hóa học, vì nhiều phản ứng không thể diễn ra nếu thiếu chúng Do đó, chất xúc tác được coi là điều kiện cần thiết cho sự tiến hành của không ít loại phản ứng.

Một số dạng phản ứng, vai trò thành bình phản ứng

Hệ hóa học là môi trường trong đó các phản ứng hóa học diễn ra, bao gồm chất đầu, chất cuối và chất trung gian Hệ này có thể chứa dung môi cho các phản ứng trong dung dịch, chất xúc tác cho các phản ứng xúc tác, hoặc không khí cho các phản ứng oxy hóa Tất cả các yếu tố như dung môi, chất xúc tác và không khí đều được gọi chung là môi trường của hệ phản ứng.

Một số phản ứng có sản phẩm có thể đóng vai trò như chất xúc tác cho phản ứng chính, và hiện tượng này được gọi là phản ứng tự xúc tác.

3.2 Phản ứng đơn giản và phức tạp:

Phản ứng đơn giản là loại phản ứng một chiều diễn ra trong một giai đoạn duy nhất, trong đó chất đầu được chuyển trực tiếp thành sản phẩm mà không có sự hình thành chất trung gian Ngược lại, những phản ứng không đáp ứng điều kiện này được gọi là phản ứng phức tạp, bao gồm các loại phản ứng thuận nghịch, song song và nối tiếp.

3.3.Phản ứng hoàn toàn và không hoàn toàn:

- Phản ứng hoàn toàn: Là phản ứng có ít nhất một chất tham gia cho đến hết

Phản ứng không hoàn toàn là loại phản ứng mà trong đó ít nhất một chất đầu vẫn tồn tại, mặc dù với một lượng nhỏ, khi phản ứng dừng lại Một ví dụ điển hình của phản ứng không hoàn toàn là phản ứng thuận nghịch.

Phản ứng một chiều là loại phản ứng hóa học mà ít nhất một chất đầu đã phản ứng hoàn toàn Tuy nhiên, có những trường hợp phản ứng một chiều không hoàn toàn, khi phản ứng dừng lại mà vẫn còn tồn tại ít nhất một chất chưa phản ứng hết.

Ví dụ: C6H 6 + HNO 3 → C6H 5 NO 2 + H 2 O Phản ứng này xảy ra khi HNO3 đặc, khi

Khi C6H5NO2 và H2O xuất hiện, HNO3 trở nên không đủ đặc, dẫn đến việc phản ứng dừng lại, mặc dù vẫn còn C6H6 và HNO3 đã bị loãng do sự hình thành nước.

3.4 Phản ứng đồng thể, đồng pha, dị pha:

Hệ hóa học đồng thể là hệ chỉ bao gồm một pha duy nhất trong suốt quá trình phản ứng, có thể là hệ khí hoặc lỏng Không thể có hệ rắn trong hệ hóa học đồng thể, vì khi một chất rắn tham gia vào phản ứng hóa học, nó sẽ chuyển đổi thành hệ dị thể.

Phản ứng đồng thể là loại phản ứng hóa học diễn ra trong một pha duy nhất Khi hệ thống hóa học được chứa trong một bình có kích thước vừa phải, phản ứng này xảy ra đồng thời ở mọi vị trí trong toàn bộ thể tích của pha.

- Hệ hoá học dị thể khi nó hình thành ít nhất hai pha

- Phản ứng dị thể là phản ứng xảy ra trên bề mặt phân chia pha

- Nếu một phản ứng có giai đoạn là đồng thể, giai đoạn khác là dị thể thì gọi là phản ứng đồng - dị thể

Phản ứng đồng pha là loại phản ứng hóa học diễn ra trong một pha duy nhất từ đầu đến cuối, trong khi phản ứng dị pha là phản ứng xảy ra giữa hai hoặc nhiều pha khác nhau.

3.5 Ảnh hưởng của thành bình và của các bề mặt rắn:

Sự hiện diện của bề mặt rắn, đặc biệt là thành bình, có ảnh hưởng đáng kể đến nhiều phản ứng trong pha khí, vì các quá trình hóa học sơ cấp diễn ra dễ dàng hơn trên bề mặt rắn so với trong thể tích pha khí hoặc lỏng ở nhiệt độ thấp Do đó, nhiều phản ứng, đặc biệt là phản ứng dây chuyền, không hoàn toàn đồng thể mà có phần dị thể tại thành bình Thông thường, các phản ứng khí chủ yếu mang tính dị thể ở nhiệt độ thấp và chỉ trở nên gần như đồng thể khi nhiệt độ tăng cao Khi giữ nhiệt độ không đổi, việc thay đổi tỷ số giữa diện tích bề mặt S của thành bình và thể tích sẽ ảnh hưởng đến các phản ứng này.

Tốc độ phản ứng hóa học không hoàn toàn đồng thể sẽ bị ảnh hưởng bởi tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích (S/V) của bình Để điều chỉnh tỷ số S/V, có thể sử dụng nhiều loại bình với kích thước khác nhau, như bình rộng, bình hẹp hoặc bình có bán kính khác nhau.

Tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích (S/V) có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với bán kính; khi bán kính (r) giảm 10 lần, tỷ lệ S/V sẽ tăng 10 lần Nếu sử dụng hai bình cầu có bán kính khác nhau nhưng cùng loại vật liệu, và quan sát thấy tốc độ phản ứng thay đổi, có thể kết luận rằng ít nhất một phần của phản ứng diễn ra trên thành bình.

Trong thí nghiệm đầu tiên, chúng tôi sử dụng một bình đã chọn, sau đó thực hiện thí nghiệm thứ hai với cùng bình đó nhưng bổ sung thêm nhiều cục nhỏ và que nhỏ có cùng vật liệu Việc này làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, có thể lên đến hàng trăm lần Nếu tốc độ phản ứng V không thay đổi giữa hai thí nghiệm, chúng ta có thể kết luận rằng phản ứng nghiên cứu ở nhiệt độ đã cho là hoàn toàn đồng thể.

Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ không đổi

∆ (Chất tham gia và sản phẩm) (1.1)

- Tốc độ tức thời (thực): i i

= + dt (Chất tham gia và sản phẩm) (1.2)

- Tốc độ phản ứng khi có tính đến thể tích: i i

V= = nồng độ nên khi V = const thì (3) trở thành:

Vậy ở V = const tốc độ phản ứng đồng thể là biến thiên nồng độ chất khảo sát trong một đơn vị thời gian (Chú ý:

(1.4), (1.4 ’ ) rất tiện cho phản ứng đồng thể trong dung dịch khi thể tích bình thay đổi không đáng kể Khi thể tích bình thay đổi đáng kể thì dùng (1.3).

Định luật cơ bản trong động hoá học Ảnh hưởng của nồng độ đến vận tốc phản ứng

Năm 1867 hai nhà hoá học Nauy: Gunbe và Vagơ đã thiết lập tốc độ phản ứng có dạng

Trong phản ứng hóa học, các hệ số tỷ lượng γ₁ và γ₂ của các chất A₁ và A₂, cùng với hằng số tốc độ k, xác định bậc của phản ứng thông qua tổng γ₁ + γ₂ Nếu tổng này bằng 1, phản ứng được gọi là đơn phân tử (bậc 1); nếu bằng 2, đó là lưỡng phân tử (bậc 2) Khái niệm phân tử số chỉ áp dụng cho phản ứng đơn giản, trong khi phản ứng phức tạp sử dụng khái niệm bậc động học để mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ Bậc động học phản ánh thực nghiệm vĩ mô, trong khi phân tử số tập trung vào cơ chế lý thuyết vi mô của các quá trình sơ cấp, có thể là đơn phân tử, lưỡng phân tử hoặc hiếm khi là tam phân tử.

5.2 Phản ứng có bậc động học:

Phản ứng một chiều ở nhiệt độ không đổi T = const, có dạng γ 1 A 1 + γ 2 A 2 → γ 1 ' A 1 ' + γ ' 2 A ' 2, được coi là có bậc động học xác định khi và chỉ khi tốc độ phản ứng xác định từ thực nghiệm có dạng 1 2.

V=k.C C Đối với phản ứng đồng thể trong pha khí hoặc dung dịch có V = const thì:

Hằng số tốc độ: theo phương trình i 1 2

Khi CA 1 =CA 2 =1 thì V = k gọi là tốc độ riêng của phản ứng

Một phản ứng hóa học có thể có nhiều giá trị khác nhau cho tốc độ V, mặc dù nhiệt độ T được giữ cố định Tốc độ phản ứng này có thể được biểu thị qua các chất cụ thể khác nhau.

- Đơn vị đo của hằng số k Ở V = const phản ứng đồng thể bậc n có phương trình động học: i 1 2

− > Hằng số k có thứ nguyên:

N ồng độ N ồng độ N ồng độ

Nồng độ được đo bằng các đơn vị như phân tử/cm³, mol/cm³ hoặc mol/lít, trong khi hằng số tốc độ của phản ứng cũng có đơn vị tương ứng với nồng độ Các đơn vị này giúp xác định chính xác mức độ phản ứng trong các quá trình hóa học.

Phản ứng bậc 2 cm 3 (phân tử) -1 S -1 cm 3 mol -1 S -1 l.mol -1 S -1

Phản ứng bậc 3 Cm 6 (phân tử) -2 S -1 Cm 6 mol -2 S -1 l 2 mol -2 S -1

5.3 Bậc phản ứng và phân tử số:

Phân tử số là số lượng tiểu phân như phân tử, nguyên tử, hay ion, tham gia vào các phản ứng hóa học Luôn luôn, phân tử số phải là một số nguyên dương.

Bậc phản ứng được định nghĩa là tổng số mũ nồng độ trong phương trình động học, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ Bậc phản ứng có thể là số nguyên (âm hoặc dương), bằng không, hoặc là số thập phân.

VD: Br2 → 2Br = bậc 1, phân tử số 1

I 2 + H 2 → 2HI = bậc 2, phân tử số 2 2NO + O 2 → 2NO2 = Bậc 3, phân tử số 3

ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

Định nghĩa

Các phản ứng phức tạp, bao gồm cả phản ứng có cơ chế dây chuyền và không dây chuyền, có thể diễn ra trong pha khí hoặc dung dịch Đặc biệt, bậc toàn phần của các phản ứng này được xác định qua thực nghiệm và có thể là các số nguyên dương, cụ thể là 1, 2 hoặc 3.

D ạ ng ph ả n ứ ng và ph ươ ng trình độ ng h ọ c

γA → sản phẩm (γ = 1,2,3 là hệ số tỉ lượng)

Phương trình động học: dC A k.C n A dt

− = (n là bậc của A đồng thời là bậc toàn phần của phản ứng).

Phản ứng bậc 1

2.1 Một số ví dụ: CH 3 N 2 CH 3 → C2H 6 + N 2

A → s ’ p ’ t = 0 0 0 → vận tốc V=0 t ≠ 0 a−x x → vận tốc V dx k (a 1 x) y dt x

→ dx k dt 1 a x∫ − ∫ → − ln(a − = + x) kt C (2.1).Trong đó C là hằng số tích phân

Tìm hằng số tích phân C bằng cách từ điều kiện đầu tại t = 0, x = 0 suy ra C = - lna

Thay vào (2.1) ta có: −ln(a− = + −x) kt ( ln a), hay ln a k t 1 a x − (2.2)

Phương trình (7) gọi là phương trình động học dạng tích phân của phản ứng 1 chiều bậc 1

Từ phương trình (7) ta thấy thứ nguyên của k là t -1

Nồng độ chất đầu tại thời điểm t là : a− =x a.e − k t 1

Nồng độ sản phẩm tại thời điểm t là : x=a(1 e− − k t 1 ) (2.3)

Nhận xét : Khi t = ∞ thì x = a nghĩa là phản ứng bậc 1 không có thời điểm kết thúc

* Thời gian bán huỷ của phản ứng ký hiệu là τ 1/ 2

Nhận xét: Thời gian nữa phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu Đây là đặc trưng quan trọng mà phản ứng bậc 1 mới có t ln(a-x) tgα=k 1

* Cách xác định hằng số tốc độ k1 bằng phương pháp đồ thị

Chuyển phương trình (7) về dạng : ln a ln(a x)− − =k t1 hay ln(a x)− =ln a k t− 1 y = b - ax

Ph ả n ứ ng b ậ c 2; 1 chi ề u

3.1 Phản ứng bậc 2; 1 chiều: là phản ứng có tốc độ phụ thuộc bậc 2 vào nồng độ chất phản ứng

Ta xét phản ứng: A + B → sản phẩm

- Nếu ban đầu CA = C B thì tại t = 0 a a 0 t ≠ 0 a-x a-x x

Ta có vận tốc phản ứng tại thời điểm t: V d(a x) dx k (a 2 x) 2 dt dt

- Trường hợp CA ≠ CB (a≠ b) Khi đó V d(a x) dx k (a 2 x)(b x) dt dt

Ví dụ phản ứng : CH3COOC 2 H 5 + NaOH → CH3COONa + C 2 H 5 OH

Trường hợp phức tạp hơn đó là loại phản ứng mà các chất tham gia có hệ số tỷ lượng khác nhau Ví dụ: C2H 4 Br 2 + 3KI → C2H 4 + 2KBr + KI 3

Nếu lúc đầu A và B lấy theo nồng độ tỷ lượng thì phản ứng bậc 2 loại này cũng được biểu thị như phương trình (2.5)

Hầu hết các phản ứng sơ cấp đều liên quan đến sự tham gia của nguyên tử tự do hoặc gốc tự do, và chúng thường là phản ứng hai phân tử có bậc bằng 2, thuộc một trong hai dạng cụ thể.

Ví dụ phản ứng thuộc dạng (2.5): • CH 3 + • CH 3 →C H 2 6

Ví dụ phản ứng thuộc dạng (2.6): HBr+H • →H 2 +Br •

3.2 Động học của phản ứng bậc 2 đơn giản:

Ta có: V d(a x) dx k (a 2 x) 2 dt dt

Theo công thức tích phân: x n n 1 o dx 1

Khi n = 2, ta có từ điều kiện ban đầu x = 0 khi t = 0 suy ra hằng số tích phân C = 1/a

1 τ = k a Động học phản ứng bậc 2 khi C A ≠ C B : d(a x) k (a 2 x)(b x) dt

− − = − − Để giải phương trình này ta phân ly biến số, lấy tích phân: x

Sau một số biến đổi ta có: 1 lnb(a x) k t 2 a b a(b x)

− − (2.7) (Chú ý : Không có biểu thức tính T 1/2 cho cả 2 chất)

3.3 Sự giảm bậc của phản ứng:

Trong một phản ứng khi nồng độ của một chất >> chất kia (ví dụ: b>>a, vì x 1 Ví dụ: phân huỷ NO2 ; H2 → H2 + I2

*/ γ >> 1 Ví dụ: H2 + Cl 2 → 2HCl có γ = 10 5

Theo định luật đương lượng quang hoá, hiệu suất lượng tử lý thuyết là 1, nhưng thực tế cho thấy có nhiều sai lệch Điều này không phủ nhận tính chính xác của định luật quang hoá Các thí nghiệm chỉ ra rằng phản ứng quang hoá diễn ra qua ba giai đoạn, trong đó giai đoạn sơ cấp là quá trình hấp thụ trực tiếp một lượng tử bức xạ.

1 Sau giai đoạn sơ cấp thường xảy ra giai đoạn thứ cấp, các giai đoạn này không cần nhận năng lượng của bức xạ mà phản ứng vẫn xảy ra nhờ các sản phẩm của giai đoạn sơ cấp ở trạng thái hoạt động tiếp tục phản ứng với các phân tử chất đầu, do vậy γ > 1 Những trường hợp γ < 1 là do trong quá trình phản ứng năng lượng hấp thụ bị tiêu thụ vào những quá trình phụ nào đó….

Động học của phản ứng quang hoá

Khi chú ý đến hiệu suất lượng tử, tốc độ phản ứng quang hoá viết như sau: dn p γ 0 (1 εnl ) γ

= = − = (3.50) Đây là biểu thức tổng quát đối với phản ứng quang hoá.

M ộ t s ố quá trình quang hoá trong t ự nhiên và trong k ỹ thu ậ t

6.1 Sự phát huỳnh quang, lân quang:

Khi electron chuyển lên mức năng lượng cao hơn, nó có thể quay trở về mức ban đầu và phát ra bức xạ với tần số tương ứng với tần số mà nó đã hấp thụ Trong một số trường hợp, electron mất đi một phần năng lượng và khi trở về trạng thái ban đầu, nó phát ra ánh sáng có tần số cao hơn Thời gian sống của các phân tử bị kích thích thường khoảng một giây, nhưng cũng có thể lâu hơn Hiện tượng phát ra ánh sáng này được gọi là sự phát huỳnh quang và có nhiều chất có khả năng phát huỳnh quang như CF2, eroxin, florexin, diệp lục tố, hơi natri, Hg, I2, và nhiều hơn nữa.

Sự phát lân quang xảy ra khi electron bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn mà không thể trở về trạng thái cơ bản Theo cơ học lượng tử, quá trình này không được phép Nếu electron nhận năng lượng hóa học và chuyển lên mức năng lượng cao hơn, nó có thể trở về trạng thái cơ bản và phát ra lượng tử ánh sáng Nói chung, hiện tượng lân quang kéo dài hơn hiện tượng huỳnh quang.

Sự phát lân quang thường gặp ở chất rắn hơn là chất lỏng và khí ví dụ các sunfua kim loại kiềm thổ

Hiện tượng phát huỳnh quang và lân quang được ứng dụng làm sơn màu, sơn phản quang

6.2 Sự hình thành và phá huỷ tầng ozôn:

Oxy hấp thụ bức xạ tử ngoại trong khoảng λ = 207÷253,7nm, tạo ra chu trình ozôn ở tầng bình lưu khí quyển Tầng ozôn này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ trái đất khỏi tác hại của các tia tử ngoại mạnh Chu trình hình thành và phân huỷ ozôn diễn ra liên tục, đảm bảo sự cân bằng trong môi trường.

Quá trình chuyển đổi O2 thành O3 tạo ra nhiệt, nhưng nếu không có tác động từ bên ngoài, lượng O3 trong tầng bình lưu sẽ giữ nguyên Tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ chứa fluor và clo như CF2Cl2 và CF3Cl do con người thải ra khí quyển sẽ bị phân quang, tạo ra nguyên tử clo Những nguyên tử clo này là nguyên nhân chính gây ra lỗ hổng tầng O3.

Thực vật xanh, bao gồm cây, cỏ, rêu và tảo, hấp thụ CO2 và H2O dưới ánh sáng mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ như đường, tinh bột và xenlulo Quá trình quang hợp này chỉ diễn ra khi có sự hiện diện của ánh sáng nhìn thấy.

CO2 và H2O là những chất không màu, không hấp thụ bức xạ mặt trời Trong khi đó, thực vật xanh chứa Clorofin, một hợp chất hữu cơ phức tạp có màu xanh lục và chứa Mg Clorofin hấp thụ bức xạ mặt trời trong khoảng 4000Ǻ đến 7000Ǻ và truyền năng lượng cho CO2 và H2O thông qua va chạm phân tử, từ đó thực hiện phản ứng quang hợp Do đó, phản ứng quang hợp được coi là phản ứng cảm quang.

Phản ứng viết ở dạng tổng quát nCO2 + nH2O + Clorofin + hγ → (CH2O)n + nO2 + Clorofin

Sản phẩm (CH2O)n được lưu giữ trong thực vật xanh, với n = 6 tương ứng với glucozơ và phản ứng thu nhiệt (∆HG0KJ/mol) Mặc dù đã có nhiều cơ chế được đề xuất cho quá trình quang hợp ở cây xanh, nhưng hiện vẫn chưa có cơ sở nào xác định rõ ràng cơ chế nào là chính xác do chưa hiểu rõ bản chất của các hợp chất trung gian.

Phim ảnh là một lớp Xenlulo được bao phủ bởi gelatin mỏng chứa muối AgBr dưới dạng hạt huyền phù Kết hợp giữa gelatin và AgBr tạo thành nhũ tương ảnh Khi phim được chiếu sáng, phản ứng quang hoá sẽ diễn ra.

Khi chụp ảnh, chỉ một lượng nhỏ ánh sáng lọt qua máy ảnh đủ để tạo ra các hạt Ag cực mịn Trong quá trình tráng phim, khi thực hiện trong tối hoặc dưới ánh sáng đỏ, phim được ngâm trong dung dịch khử hữu cơ như hydroquinon, dẫn đến phản ứng khử Ag thành Ag Những khu vực trên phim nhận được ánh sáng sẽ tạo ra nhiều hạt bạc, tạo nên màu đen Trong bước hãm tiếp theo, phần AgBr không bị khử sẽ hòa tan trong dung dịch hãm thiosunfatnatri, tạo thành phức thiosunfat bạc hòa tan.

Kết quả từ phim âm bản là hình ảnh ngược của vật thể với độ đậm nhạt của tông màu Giấy ảnh được phủ một lớp nhũ tương ảnh, và để tạo ra ảnh thực, ánh sáng phải đi qua phim trước khi chiếu lên giấy ảnh Sau khi rửa và định hình, ta nhận được hình ảnh thực của vật thể, gọi là ảnh dương bản Quy trình này chỉ áp dụng cho ảnh đen trắng, trong khi ảnh màu sẽ có quy trình khác.

CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ KHÍ

PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ VÀ XÚC TÁC

Ngày đăng: 21/12/2021, 16:54

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Sơ đồ chung:  k k 2 - BÀI GIẢNG ĐỘNG HÓA HỌC
Sơ đồ chung k k 2 (Trang 78)
Hình là phản ứng đề hyđrô hóa xyclohecxan trên trung tâm 6 điểm. - BÀI GIẢNG ĐỘNG HÓA HỌC
Hình l à phản ứng đề hyđrô hóa xyclohecxan trên trung tâm 6 điểm (Trang 81)
Hình thành 2 liên kết mới AC và BD . Yêu cầu tương ứng hình học ở đây đòi hỏi khoảng cách - BÀI GIẢNG ĐỘNG HÓA HỌC
Hình th ành 2 liên kết mới AC và BD . Yêu cầu tương ứng hình học ở đây đòi hỏi khoảng cách (Trang 81)
Hình dưới đây trình bày 3 kiểu liên kết trên của nguyen tử Na trên bề mặt. Electrôn tự - BÀI GIẢNG ĐỘNG HÓA HỌC
Hình d ưới đây trình bày 3 kiểu liên kết trên của nguyen tử Na trên bề mặt. Electrôn tự (Trang 84)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w