Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c Nguy n s nễ ơ
B chạ
Ch ng X:ươ T C Đ VÀ C CH Ố Ộ Ơ Ế
C A PH N NG HÓA H C Ủ Ả Ứ Ọ
I. KHÁI NI MỆ
1. Đ ng hóa h cộ ọ
- Nhi t đ ng hóa h cệ ộ ọ cung c p nh ng c s đ xem xét quá trình hóa h c ấ ữ ơ ở ể ọ có th x yể ả
ra hay không, x y ra theo ảchi u nàoề, đ n ếgi i h n nàoớ ạ ... Nh v y, nhi t đ ng hóaư ậ ệ ộ
h c ch kh o sát quá trình tr ng thái đ u và tr ng thái cu i ch không đ c p đ nọ ỉ ả ở ạ ầ ạ ố ứ ề ậ ế
cách th c mà h chuy n hóa. ứ ệ ể
- Đ ng hóa h cộ ọ kh o sát ph n ng hóa h c di n ra nh th nào (ả ả ứ ọ ễ ư ế nhanh hay ch mậ và
qua nh ng ữgiai đo n trung gianạ nào) đ đ t tr ng thái cân b ng, t c là nghiên c uể ạ ạ ằ ứ ứ
t c đ và c chố ộ ơ ế c a quá trình hóa h c.ủ ọ
2. T c đ ph n ngố ộ ả ứ
a. M t s khái ni mộ ố ệ
* Ph n ng đ n gi n và ph n ng ph c t pả ứ ơ ả ả ứ ứ ạ
•Ph n ng đ n gi n:ả ứ ơ ả là ph n ng ch x y ra qua m t giai đo nả ứ ỉ ả ộ ạ
•Ph n ng ph c t p:ả ứ ứ ạ là ph n ng x y ra qua nhi u giai đo n (có th n i ti pả ứ ả ề ạ ể ố ế
ho c song song). ặ
Ví d :ụ ph n ngả ứ 2N2O5 = 4NO2 + O2
Thu c lo i ph n ng ph c t p vì nó g m hai giai đo n n i ti p:ộ ạ ả ứ ứ ạ ồ ạ ố ế
N2O5 = N2O3 + O2 (1) N2O5 + N2O3 = 4NO2 (2)
M i giai đo n c a ph n ng ph c t p đ c g i là m t ỗ ạ ủ ả ứ ứ ạ ượ ọ ộ tác d ng đ n gi nụ ơ ả .
T p h p các tác d ng đ n gi n x y ra trong m t ph n ng ph c t p đ c g i là ậ ợ ụ ơ ả ả ộ ả ứ ứ ạ ượ ọ cơ
chế c a ph n ngủ ả ứ .
* Phân t s và b c ph n ngử ố ậ ả ứ
•Phân t s : ử ố là s phân tố ử tham gia vào m t tác d ng đ n gi nộ ụ ơ ả . Ng i ta phânườ
bi t ph n ng ệ ả ứ đ n phân t , l ng phân t , tam phân tơ ử ưỡ ử ử …
•B c ph n ng: ậ ả ứ b ng t ng s mũ c a n ng đ các ch t ph n ng ghi trongằ ổ ố ủ ồ ộ ấ ả ứ
bi u th c đ nh lu t tác d ng kh i l ngể ứ ị ậ ụ ố ượ . N u t ng các s mũ đó là 1, 2, 3…ế ổ ố
thì ph n ng đ c g i là ả ứ ượ ọ ph n ng b c m t, b c hai, b c ba …ả ứ ậ ộ ậ ậ
Chú ý :
oĐ i v i các ph n ng đố ớ ả ứ n gi n, b c ph n ng trùng phân t s . ơ ả ậ ả ứ ử ố
oTrong các ph n ng ph c t p, b c c a ph n ng đ c xác đ nh b iả ứ ứ ạ ậ ủ ả ứ ượ ị ở
giai đo n ch m nh t nên b c c a ph n ng không trùng v i phân tạ ậ ấ ậ ủ ả ứ ớ ử
s .ố
61
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c Nguy n s nễ ơ
B chạ
* Ph n ng đ ng th và ph n ng d thả ứ ồ ể ả ứ ị ể
•Ph n ng đ ng thả ứ ồ ể : là ph n ng có các ch t đ u và s n ph m cu i n mả ứ ấ ầ ả ẩ ố ằ
trong cùng m t pha.ộ
•Ph n ng d thả ứ ị ể : là ph n ng di n ra trong h d th .ả ứ ễ ệ ị ể
b. T c đ ph n ng và bi u th c t c đố ộ ả ứ ể ứ ố ộ
* T c đ ph n ngố ộ ả ứ : là s tác d ng đ n gi n c a ph n ng hóa h c di n ra trongố ụ ơ ả ủ ả ứ ọ ễ
m t đ n v th i gian và m t đ n v th tích (đ i v i ph n ng đ ng th ) ho c trênộ ơ ị ờ ộ ơ ị ể ố ớ ả ứ ồ ể ặ
m t đ n v di n tích b m t phân chia pha (đ i v i ph n ng d th )ộ ơ ị ệ ề ặ ố ớ ả ứ ị ể
- T c đ trung bìnhố ộ :
t
C
v∆
∆
±=
- T c đ t c th iố ộ ứ ờ :
dt
dC
v±=
đâyở : n u C là n ng đ c a ch t ph n ng thì l y d u –ế ồ ộ ủ ấ ả ứ ấ ấ
n u C là n ng đ c a s n ph m thì l y d u +ế ồ ộ ủ ả ẩ ấ ấ
T c đ c a ph n ng không nh ng ph thu c vào b n ch t c a ph n ng, màố ộ ủ ả ứ ữ ụ ộ ả ấ ủ ả ứ
còn ph thu c vào các y u t khác nh : n ng đ các ch t tham gia ph n ng, áp su tụ ộ ế ố ư ồ ộ ấ ả ứ ấ
(đ i v i các ph n ng có ch t khí tham gia), nhi t đ , xúc tác, t p ch t, kích th cố ớ ả ứ ấ ệ ộ ạ ấ ướ
h t (đ i v i các ph n ng có ch t r n tham gia), môi tr ng (đ i v i các ph n ngạ ố ớ ả ứ ấ ắ ườ ố ớ ả ứ
trong dung d ch)…ị
* Bi u th c t c đ và b c ph n ng – Đ nh lu t tác d ng kh i l ngể ứ ố ộ ậ ả ứ ị ậ ụ ố ượ
(Guldberg và Waage :
T c đ t c th i c a ph n ng t l v i tích s n ng đ t i th i đi m đó c a cácố ộ ứ ờ ủ ả ứ ỷ ệ ớ ố ồ ộ ạ ờ ể ủ
ch t tham gia ph n ng(v i s mũ xác đ nh nào đó).ấ ả ứ ớ ố ị
Ví d : Đ i v i ph n ng t ng quát: ụ ố ớ ả ứ ổ aA + bB = cC + dD
Bi u th c toán h c c a đ nh lu t tác d ng kh i l ng có d ng: ể ứ ọ ủ ị ậ ụ ố ượ ạ
m
B
n
A
CkCv
=
đây:ởv - t c đ t c th i c a ph n ng th i đi m xác đ nhố ộ ứ ờ ủ ả ứ ở ờ ể ị
CA, CB – n ng đ t c th i c a các ch t A và B th i đi m đó.ồ ộ ứ ờ ủ ấ ở ờ ể
k - h ng s t c đ , ph thu c vào b n ch t c a ph n ng và nhi t đ .ằ ố ố ộ ụ ộ ả ấ ủ ả ứ ệ ộ
n, m - s mũ. ốĐ i v i ph n ng đ n gi n: n = a, m = b.ố ớ ả ứ ơ ả
Đ i v i ph n ng ph c t p: n ố ớ ả ứ ứ ạ ≠ a, m ≠ b.
n + m = b c ph n ngậ ả ứ .
* H ng s t c đ kằ ố ố ộ
m
B
n
ACkCv =
Khi CA = CB = 1mol/l, v = k
-Ý nghĩa v t lý c a h ng s t c đ :ậ ủ ằ ố ố ộ h ng s t c đ là t c đ riêng c a ph nằ ố ố ộ ố ộ ủ ả
ng khi n ng đ các ch t tham gia ph n ng b ng nhau và b ng 1mol/l.ứ ồ ộ ấ ả ứ ằ ằ
62
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c Nguy n s nễ ơ
B chạ
-k ph thu c vào b n ch t, nhi t đ và ch t xúc tác. ụ ộ ả ấ ệ ộ ấ
-Bi u th c tính:ể ứ
RT
E
ek
*
.−
=
α
trong đó
R
S
Ze
*
=
α
V y:ậ
R
S
RT
E
eZek
**
−
=
đây:ởZ - h s , t l v i t ng s va ch m c a các ti u phân trong m t đ n vệ ố ỷ ệ ớ ổ ố ạ ủ ể ộ ơ ị
th i gian và m t đ n v th tích.ờ ộ ơ ị ể
E* - năng l ng ho t hóa c a ph n ng.ượ ạ ủ ả ứ
S* - entropi ho t hóa c a ph n ng.ạ ủ ả ứ
* Năng l ng ho t hóa Eượ ạ *
.
- Không ph i m i va ch m c a các ti u phân ph n ng đ u có th t o thànhả ọ ạ ủ ể ả ứ ề ể ạ
s n ph m.ả ẩ
- V i m t ph n ng nh t đ nh, các va ch m ch có hi u qu khi năng l ng c aớ ộ ả ứ ấ ị ạ ỉ ệ ả ượ ủ
các ti u phân va ch m ph i l n h n năng l ng trung bình c a h m t giá trể ạ ả ớ ơ ượ ủ ệ ộ ị
d t i thi u nh t đ nh Eư ố ể ấ ị * nào đó.
Gi s có ph n ng: ả ử ả ứ A(k) + B2(k) = AB(k) + B(k)
Khi A ti n l i g n Bế ạ ầ 2, kho ng cách gi a A và Bả ữ 2 gi m d n trong khi kho ng cáchả ầ ả
gi a các nguyên t B tăng d n:ữ ử ầ
A ... B – B → A ... B ... B → A – B ... B
Năng l ng d c a các ti u phân va ch m dùng đ làm suy y u liên k t B – Bượ ư ủ ể ạ ể ế ế
và đ đ t o ra A ... B ... B, g i là ủ ể ạ ọ ph c ch t ho t đ ng.ứ ấ ạ ộ Năng l ng t i thi u mà cácượ ố ể
ti u phân tham gia va ch m ph i có đ đ t đ c ph c ho t đ ng g i là ể ạ ả ể ạ ượ ứ ạ ộ ọ năng l ngượ
ho t hóa c a ph n ng.ạ ủ ả ứ Còn các ti u phân có năng l ng d đ c g i là các ể ượ ư ượ ọ ti uể
phân ho t đ ngạ ộ .
Năng l ng ho t hóa c a ph n ng càng nh thì càng có nhi u ti u phân trượ ạ ủ ả ứ ỏ ề ể ở
thành ho t đ ng, do đó t c đ c a ph n ng càng l n.ạ ộ ố ộ ủ ả ứ ớ
* Entropi ho t hóa Sạ *
.
Không ch có năng l ng ho t hóa có nh h ng đ n t c đ c a ph n ng. K tỉ ượ ạ ả ưở ế ố ộ ủ ả ứ ế
qu nghiên c u cho th y kích th c, hình d ng và nh t là v trí không gian khi vaả ứ ấ ướ ạ ấ ị
ch m c a các ti u phân ho t đ ng cũng đóng vai trò quan tr ng.ạ ủ ể ạ ộ ọ
Xác su t đ nh h ng có hi u qu khi va ch m đ c đ c tr ng b i đ i l ngấ ị ướ ệ ả ạ ượ ặ ư ở ạ ượ
entropi ho t hóa Sạ*
s đ nh h ng có hi u quố ị ướ ệ ả
S* = Rln
t ng s cách đ nh h ng có thổ ố ị ướ ể
S* = Rln W
Vì W < 1 nên S* < 0
63
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoïc Nguy n s nễ ơ
B chạ
3. Các y u t nh hế ố ả ng đ n t c đ ph n ng hóa h cưở ế ố ộ ả ứ ọ
a. nh h ng c a n ng đ ch t ph n ng t i t c đ ph n ngẢ ưở ủ ồ ộ ấ ả ứ ớ ố ộ ả ứ .
Đ nh lu t tác d ng kh i l ng.ị ậ ụ ố ượ
*Trong h d th :ệ ị ể t c đ ph n ng ngoài ph thu c vào n ng đ ch t ph n ng cònố ộ ả ứ ụ ộ ồ ộ ấ ả ứ
ph thu c vào di n tích b m t ti p xúc pha. di n tích ti p xúc càng l n thì t c đụ ộ ệ ề ặ ế ệ ế ớ ố ộ
càng cao.
b. nh h ng c a nhi t đ t i t c đ ph n ngẢ ưở ủ ệ ộ ớ ố ộ ả ứ .
* Quy t c th c nghi m c a Van’t Hoffắ ự ệ ủ
Khi tăng nhi t đ thêm 10ệ ộ 0C, t c đ ph n ng tăng lên t 2 t i 4 l n.ố ộ ả ứ ừ ớ ầ
γ - h s nhi t đ .ệ ố ệ ộ
k - h ng s t c đ .ằ ố ố ộ
T ng quát:ổ
T
nT
n
k
k
10
+
=
γ
* Gi i thích s ph thu c c a t c đ ph n ng vào nhi t đ .ả ự ụ ộ ủ ố ộ ả ứ ệ ộ
- Khi nhi t đ tăng, chuy n đ ng nhi t c a các ti u phân tăng, s va ch m gi aệ ộ ể ộ ệ ủ ể ố ạ ữ
chúng tăng lên làm cho t c đ ph n ng tăng lên. Tuy nhiên khi nhi t đ tăng, s vaố ộ ả ứ ệ ộ ố
ch m tăng không đáng k .ạ ể
- Khi nhi t đ tăng s ệ ộ ố ti u phân tr thành ho t đ ng tăngể ở ạ ộ .
Hình 10.1. nh h ng c a nhi t đẢ ưở ủ ệ ộ
Theo đ nh lu t Boltzmannị ậ
RT
E
e
N
N*
0
−
=
′
Trong đó N’ - s ti u phân ho t đ ngố ể ạ ộ
64
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c Nguy n s nễ ơ
B chạ
N0 – s Avogadro – s phân t có trong 1 mol ch t.ố ố ử ấ
Khi nhi t đ tăng, s ti u phân ho t đ ng tăng r t nhanh, nên t c đ ph n ngệ ộ ố ể ạ ộ ấ ố ộ ả ứ
tăng r t nhanh.ấ
c. nh h ng c a xúc tác t i t c đ ph n ngẢ ưở ủ ớ ố ộ ả ứ .
* Khái ni m v chệ ề ấ t xúc tác
-Xúc tác là s làm thay đ i t c đ c a các ph n ng hóa h c ho c gây nênự ổ ố ộ ủ ả ứ ọ ặ
ph n ng n u v m t nguyên t c ph n ng có th x y ra (∆G < 0) đ c th cả ứ ế ề ặ ắ ả ứ ể ả ượ ự
hi n b i m t s ch t mà sau ph n ng s còn nguyên v n v kh i l ng vàệ ở ộ ố ấ ả ứ ẽ ẹ ề ố ượ
tính ch t hóa h c.ấ ọ
-Ch t xúc tácấ là nh ng ch t gây ra s xúc tác.ữ ấ ự
- Các ch t làm tăng t c đ ph n ng đ c g i là ấ ố ộ ả ứ ượ ọ ch t xúc tácấ. Các ch t làmấ
gi m t c đ ph n ng g i là ả ố ộ ả ứ ọ ch t c chấ ứ ế.
- H xúc tác đ c chia thành xúc tác đ ng th và xúc tác d th .ệ ượ ồ ể ị ể
+ Trong các h ệxúc tác đ ng thồ ể, ch t xúc tác và ch t ph n ng cùng m tấ ấ ả ứ ở ộ
pha (l ng hay khí), ph n ng x y ra trong toàn b th tích h ph n ng.ỏ ả ứ ả ộ ể ệ ả ứ
+ Trong các h ệxúc tác d thị ể, ch t xúc tác và ch t ph n ng các pha khácấ ấ ả ứ ở
nhau (thông th ng ch t xúc tác pha r n, còn ch t ph n ng pha l ng hayườ ấ ở ắ ấ ả ứ ở ỏ
khí), ph n ng ch x y ra trên b m t c a ch t xúc tác.ả ứ ỉ ả ề ặ ủ ấ
-Các đ c đi m chung c a các quá trình xúc tácặ ể ủ :
+ Ch t xúc tác không làm thay đ i các đ c tr ng nhi t đ ng c a h ph n ngấ ổ ặ ư ệ ộ ủ ệ ả ứ .
N u m t ph n ng là không th v m t nhi t đ ng thì vi c dùng ch t xúc tácế ộ ả ứ ể ề ặ ệ ộ ệ ấ
không th làm nó x y ra đ c.ể ả ượ
+ Ch t xúc tác không làm thay đ i cân b ng c a ph n ng mà ch làm cho cânấ ổ ằ ủ ả ứ ỉ
b ng nhanh đ t đ c h nằ ạ ượ ơ .
+ S xúc tác có tính ch n l cự ọ ọ : m t ch t xúc tác ch có tác d ng xúc tác cho m tộ ấ ỉ ụ ộ
ph n ng hay m t lo i ph n ng nh t đ nh; cùng m t ch t n n, nh ng d iả ứ ộ ạ ả ứ ấ ị ộ ấ ề ư ướ
tác d ng c a các ch t xúc tác khác nhau s thu đ c nh ng s n ph m khácụ ủ ấ ẽ ượ ữ ả ẩ
nhau.
Ví d :ụ
23
/,
52
HCHOCHOHHC
ZnCuT
+ →
OHHCOHHC OAlT
242
,
52
32 + →
* C ch c a quá trình xúc tácơ ế ủ .
Ch t xúc tác có tác d ng làm gi m năng l ng ho t hóaấ ụ ả ượ ạ c a ph n ng b ngủ ả ứ ằ
cách thay đ i c ch c a ph n ng, t đó làm thay đ i t c đ c a ph n ng.ổ ơ ế ủ ả ứ ừ ổ ố ộ ủ ả ứ
-C ch xúc tác đ ng th :ơ ế ồ ể Th ng đ c gi i thích b ng ườ ượ ả ằ thuy t h p ch t trungế ợ ấ
gian:
Ph n ngả ứ A + B = AB ch mậ
65