ễ ơ Nguy n s n
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c B chạ
Ch
ng X:
ươ
T C Đ VÀ C CH Ơ Ế
Ố Ộ
C A PH N NG HÓA H C
Ả Ứ
Ọ
Ủ
I. KHÁI NI MỆ
1. Đ ng hóa h c ọ ộ
ệ ộ ấ ữ ơ ở ể i h n nào ả ả ọ cung c p nh ng c s đ xem xét quá trình hóa h c ... Nh v y, nhi ư ậ ứ ể ả ọ có th x y t đ ng hóa ệ ộ ế tr ng thái đ u và tr ng thái cu i ch không đ c p đ n ề ậ chi u nào ề ở ạ , đ n ế gi ầ ớ ạ ạ ố - Nhi t đ ng hóa h c ra hay không, x y ra theo h c ch kh o sát quá trình ọ cách th c mà h chuy n hóa. ệ ỉ ứ ể
ộ ọ kh o sát ph n ng hóa h c di n ra nh th nào ( ư ế ễ nhanh hay ch mậ và ứ nào) đ đ t tr ng thái cân b ng, t c là nghiên c u ọ ể ạ ạ ứ ằ - Đ ng hóa h c qua nh ng ữ t c đ và c ch ố ộ ả ứ giai đo n trung gian ơ ế c a quá trình hóa h c. ả ạ ủ ọ
2. T c đ ph n ng ố ộ ả ứ
a. M t s khái ni m ộ ố ệ
* Ph n ng đ n gi n và ph n ng ph c t p ứ ạ ả ứ ả
ả ứ ơ ả là ph n ng ch x y ra qua m t giai đo n ạ ả ứ ỉ ả ộ
ể ố ế ứ ạ là ph n ng x y ra qua nhi u giai đo n (có th n i ti p ả ứ ề ả ạ ả ứ ơ • Ph n ng đ n gi n: • Ph n ng ph c t p: ho c song song). ả ứ ặ
2N2O5 = 4NO2 + O2 Ví d :ụ ph n ng ả ứ
Thu c lo i ph n ng ph c t p vì nó g m hai giai đo n n i ti p: ố ế ứ ạ ả ứ ạ ạ ộ ồ
N2O5 = N2O3 + O2 (1) N2O5 + N2O3 = 4NO2 (2)
ỗ ứ ạ ượ c g i là c g i là m t ọ ả ứ ả ứ ả ả ậ ộ tác d ng đ n gi n ả . ạ ủ ơ ụ 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 cơ ứ ạ ượ ọ ơ ụ ả ứ . chế c a ph n ng M i giai đo n c a ph n ng ph c t p đ ợ ộ ủ
* Phân t s và b c ph n ng ả ứ ậ
i ta phân ụ ả . Ng ườ ng phân t ử ố • Phân t bi ệ ử tham gia vào m t tác d ng đ n gi n ộ , tam phân t ử ơ ử … , l ử ưỡ
ử ố là s phân t s : ố ả ứ đ n phân t t ph n ng ơ • B c ph n ng: ả ứ ổ ố ậ ể ả ứ ứ ị ố ụ ph n ng b c m t, b c hai, b c ba … b ng t ng s mũ c a n ng đ các ch t ph n ng ghi trong ằ ấ ộ ủ ố ượ . N u t ng các s mũ đó là 1, 2, 3… bi u th c đ nh lu t tác d ng kh i l ế ổ ậ thì ph n ng đ c g i là ậ ậ ượ ọ ả ứ ồ ng ộ ả ứ ậ
Chú ý :
ố ớ ả ứ ơ n gi n, b c ph n ng trùng phân t ả ứ ả ậ s . ử ố o Đ i v i các ph n ng đ
ậ ủ ứ ạ ả ứ ượ o Trong các ph n ng ph c t p, b c c a ph n ng đ
ạ ậ ủ ả ứ ấ ớ c xác đ nh b i ở ị ử ả ứ ậ giai đo n ch m nh t nên b c c a ph n ng không trùng v i phân t s .ố
61
ễ ơ Nguy n s n
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c B chạ * Ph n ng đ ng th và ph n ng d th ể ả ứ ị ể
ả ứ ố ằ ể : là ph n ng có các ch t đ u và s n ph m cu i n m ấ ầ ả ứ ả ẩ ồ ả ứ • Ph n ng đ ng th trong cùng m t pha.
ồ ộ • Ph n ng d th ả ứ ị ể : là ph n ng di n ra trong h d th . ệ ị ể ễ ả ứ
b. T c đ ph n ng và bi u th c t c đ ố ộ ả ứ ứ ố ộ ể
ố ộ ả ủ ả ứ ụ ễ ọ ơ ị ể ố ộ ơ ả ứ ể ặ ả ứ : là s tác d ng đ n gi n c a ph n ng hóa h c di n ra trong * T c đ ph n ng 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 trên ồ ố ớ m t đ n v di n tích b m t phân chia pha (đ i v i ph n ng d th ) ị ể ộ ơ ộ ơ ị ờ ị ệ ề ặ ố ớ ả ứ
D
–=
v
- T c đ trung bình : ố ộ D
C t
–=
v
- T c đ t c th i ố ộ ứ ờ :
dC dt
: đâyở n u C là n ng đ c a ch t ph n ng thì l y d u – ấ ế ả ứ ộ ủ ấ ấ ồ
n u C là n ng đ c a s n ph m thì l y d u + ế ộ ủ ả ẩ ấ ấ ồ
ả ứ ấ ủ ả ứ ả ộ ữ ư ồ ệ ộ ả ứ t đ , xúc tác, t p ch t, kích th ạ ố ớ ấ ắ ả ứ ườ T c đ c a ph n ng không nh ng ph thu c vào b n ch t c a ph n ng, mà ụ ố ộ ủ khác nh : n ng đ các ch t tham gia ph n ng, áp su t ấ còn ph thu c vào các y u t ả ứ ấ ế ố ụ ộ ộ ướ c (đ i v i các ph n ng có ch t khí tham gia), nhi ấ ấ ố ớ h t (đ i v i các ph n ng có ch t r n tham gia), môi tr ả ứ ng (đ i v i các ph n ng ố ớ ạ trong dung d ch)…ị
ể ứ ố ụ ậ ậ ị ố ượ ng * Bi u th c t c đ và b c ph n ng – Đ nh lu t tác d ng kh i l ả ứ (Guldberg và Waage ộ :
v i tích s n ng đ t l i th i đi m đó c a các ỷ ệ ớ ộ ạ ủ ể ờ T c đ t c th i c a ph n ng t ố ồ ả ứ ờ ủ ch t tham gia ph n ng(v i s mũ xác đ nh nào đó). ớ ố ố ộ ứ ấ ả ứ ị
n
v =
ACkC
m B
Ví d : Đ i v i ph n ng t ng quát: aA + bB = cC + dD ụ ố ớ ả ứ ổ
Bi u th c toán h c c a đ nh lu t tác d ng kh i l ng có d ng: ọ ủ ị ố ượ ứ ụ ể ậ ạ
đây: v - t c đ t c th i c a ph n ng th i đi m xác đ nh ở ố ộ ứ ả ứ ở ờ ờ ủ ể ị
CA, CB – n ng đ t c th i c a các ch t A và B ờ ủ ộ ứ ấ ồ ở ờ th i đi m đó. ể
k - h ng s t c đ , ph thu c vào b n ch t c a ph n ng và nhi ố ố ộ ấ ủ ả ứ ụ ả ằ ộ t đ . ệ ộ
n, m - s mũ. ố Đ i v i ph n ng đ n gi n: n = a, m = b. ơ ố ớ ả ứ ả
„ Đ i v i ph n ng ph c t p: n a, m „ b. ố ớ ứ ạ ả ứ
ả ứ . n + m = b c ph n ng ậ
* H ng s t c đ k ố ố ộ ằ
v =
n ACkC
m B
v = k Khi CA = CB = 1mol/l,
ả ộ h ng s t c đ là t c đ riêng c a ph n ố ố ố ằ ộ ủ ng khi n ng đ các ch t tham gia ph n ng b ng nhau và b ng 1mol/l. - Ý nghĩa v t lý c a h ng s t c đ : ủ ộ ằ ả ứ ố ố ằ ộ ằ ậ ồ ứ ấ
62
ễ ơ Nguy n s n
*
*
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c B chạ - k ph thu c vào b n ch t, nhi ụ ả ấ ộ ệ ộ t đ và ch t xúc tác. ấ
E RT
S R
- - Bi u th c tính: trong đó ứ ể
= a
=a
k
. e
Ze
*
*
E RT
S R
=
k
Ze
e
- V y:ậ
Z - h s , t ộ ơ ủ ể ạ ố ị l ở ệ ố ỷ ệ ớ ổ th i gian và m t đ n v th tích. ộ ơ v i t ng s va ch m c a các ti u phân trong m t đ n v ị ể đây: ờ
E* - năng l ượ ng ho t hóa c a ph n ng. ủ ả ứ ạ
S* - entropi ho t hóa c a ph n ng. ả ứ ủ
* Năng l ạ * . ng ho t hóa E ạ ượ
- Không ph i m i va ch m c a các ti u phân ph n ng đ u có th t o thành ể ả ứ ể ạ ủ ề ạ ọ ả 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 ớ ả ứ ấ ị ạ ệ ả ơ ỉ ượ ng c a ủ ị ng trung bình c a h m t giá tr ượ ủ ệ ộ ả ớ * nào đó. ộ các ti u phân va ch m ph i l n h n năng l ể i thi u nh t đ nh E d t ư ố ạ ấ ị ể
2, kho ng cách gi a A và B
2 gi m d n trong khi kho ng cách
Gi s có ph n ng: A(k) + B2(k) = AB(k) + B(k) ả ử ả ứ
ữ ả ầ ả B tăng d n: Khi A ti n l i g n B ế ạ ầ gi a các nguyên t ử ữ ả ầ
A ... B – B → A ... B ... B → A – B ... B
Năng l ượ ư ủ ạ ph c ch t ho t đ ng. ủ ể ạ ượ ọ ố ể năng l ứ ấ ể ạ ượ ả ế ng t ọ c g i là các ng d c a các ti u phân va ch m dùng đ làm suy y u liên k t B – B ế ể i thi u mà các Năng l ạ ộ ngượ c ph c ho t đ ng g i là ạ ộ ứ ti uể ả ứ Còn các ti u phân có năng l ng d đ ọ ể ư ượ ể ạ ượ ể và đ đ t o ra A ... B ... B, g i là ti u phân tham gia va ch m ph i có đ đ t đ ạ ho t hóa c a ph n ng. ủ ạ ộ . phân ho t đ ng
ng ho t hóa c a ph n ng càng nh thì càng có nhi u ti u phân tr ượ ủ ề ể ạ ở ỏ thành ho t đ ng, do đó t c đ c a ph n ng càng l n. ớ Năng l ạ ộ ả ứ ả ứ ố ộ ủ
* . * Entropi ho t hóa S ạ
ả ứ ộ ủ ưở ả ng ho t hóa có nh h ạ ế ố ấ ượ ấ ướ ạ qu nghiên c u cho th y kích th ị ch m c a các ti u phân ho t đ ng cũng đóng vai trò quan tr ng. ể ế ng đ n t c đ c a ph n ng. K t c, hình d ng và nh t là v trí không gian khi va ọ Không ch có năng l ỉ ứ ả ạ ạ ộ ủ
c đ c tr ng b i đ i l ướ ng có hi u qu khi va ch m đ ả ệ ạ ượ ở ạ ượ ng ư ặ Xác su t đ nh h ấ ị * entropi ho t hóa S ạ ng có hi u qu s đ nh h ố ị ướ ệ ả S* = Rln t ng s cách đ nh h ng có th ổ ố ị ướ ể
S* = Rln W
Vì W < 1 nên S* < 0
63
ễ ơ Nguy n s n
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoïc B chạ
3. Các y u t ế ố ả nh h ưở ng đ n t c đ ph n ng hóa h c ọ ế ố ộ ả ứ
a. nh h Ả ưở ng c a n ng đ ch t ph n ng t ộ ấ ủ ồ ả ứ ớ ố ộ ả ứ . i t c đ ph n ng
Đ nh lu t tác d ng kh i l ng. ố ượ ụ ậ ị
ố ộ ộ ấ ả ứ ụ ệ ị ể t c đ ph n ng ngoài ph thu c vào n ng đ ch t ph n ng còn ộ ả ứ ề ặ ế ộ ệ ồ ế ụ ớ ố *Trong h d th : 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 đ ệ ộ càng cao.
t đ t b. nh h Ả ưở ng c a nhi ủ ệ ộ ớ ố ộ ả ứ . i t c đ ph n ng
* Quy t c th c nghi m c a Van’t Hoff ự ệ ắ
Khi tăng nhi t đ thêm 10 ủ 0C, t c đ ph n ng tăng lên t ả ứ ố ộ 2 t ừ ớ i 4 l n. ầ ệ ộ
k
+
10
g
=
‚=
42
T k
T
γ - h s nhi ệ ố t đ . ệ ộ
n
n
g
=
k - h ng s t c đ . ố ố ộ ằ
k 10+ T k
T
T ng quát: ổ
* Gi i thích s ph thu c c a t c đ ph n ng vào nhi ả ộ ủ ố ộ ả ứ ự ụ t đ . ệ ộ
- Khi nhi ệ ộ ể ệ ủ ể t đ tăng, chuy n đ ng nhi ộ ộ ả ứ ữ t c a các ti u phân tăng, s va ch m gi a ạ ố t đ tăng, s va ệ ộ ố chúng tăng lên làm cho t c đ ph n ng tăng lên. Tuy nhiên khi nhi ố ch m tăng không đáng k . ể ạ
- Khi nhi t đ tăng s ệ ộ . ố ti u phân tr thành ho t đ ng tăng ạ ộ ể ở
*
Hình 10.1. nh h Ả ưở ng c a nhi ủ t đ ệ ộ
E RT
- ¢
=
e
Theo đ nh lu t Boltzmann ậ ị
N N
0
Trong đó N’ - s ti u phân ho t đ ng ạ ộ ố ể
64
ễ ơ Nguy n s n
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c B chạ
có trong 1 mol ch t. N0 – s Avogadro – s phân t ố ố ử ấ
ệ ộ ả ứ t đ tăng, s ti u phân ho t đ ng tăng r t nhanh, nên t c đ ph n ng ạ ộ ố ể ấ ố ộ Khi nhi tăng r t nhanh. ấ
ng c a xúc tác t c. nh h Ả ưở ủ ớ ố ộ ả ứ . i t c đ ph n ng
* Khái ni m v ch ệ ề ấ t xúc tác
ổ ố ả ứ ộ ủ ọ ả ứ ể ả ắ - Xúc tác là s làm thay đ i t c đ c a các ph n ng hóa h c ho c gây nên c th c ự ng và ượ ố ượ ề ặ ấ ẹ ẽ ề ự ặ ph n ng n u v m t nguyên t c ph n ng có th x y ra (∆G < 0) đ ế hi n b i m t s ch t mà sau ph n ng s còn nguyên v n v kh i l ộ ố ả ứ tính ch t hóa h c. ọ ả ứ ở ệ ấ
là nh ng ch t gây ra s xúc tác. - Ch t xúc tác ấ ữ ự ấ
ch t xúc tác ố c g i là ọ ấ . Các ch t làmấ gi m t c đ ph n ng g i là - Các ch t làm tăng t c đ ph n ng đ ả ứ ch t c ch ấ ứ ả ứ ấ ố ộ ộ ọ ượ ế. ả
- H xúc tác đ ệ ượ c chia thành xúc tác đ ng th và xúc tác d th . ị ể ể ồ
ể, ch t xúc tác và ch t ph n ng ấ ấ ộ cùng m t + Trong các h ệ xúc tác đ ng th pha (l ng hay khí), ph n ng x y ra trong toàn b th tích h ph n ng. ả ở ả ứ ệ ả ứ ồ ả ứ ộ ể ỏ
ả ứ ở ả ứ ở ấ ấ ườ ấ các pha khác pha l ng hay ỏ + Trong các h ệ xúc tác d thị ể, ch t xúc tác và ch t ph n ng ấ pha r n, còn ch t ph n ng nhau (thông th ở khí), ph n ng ch x y ra trên b m t c a ch t xúc tác. ng ch t xúc tác ỉ ả ắ ề ặ ủ ả ứ ấ
: - Các đ c đi m chung c a các quá trình xúc tác ủ ể ặ
ấ ặ ệ ộ ả ứ . t đ ng c a h ph n ng ủ ệ t đ ng thì vi c dùng ch t xúc tác ổ ể ề ặ ư ệ ộ ả ứ ế ộ ệ ấ + Ch t xúc tác không làm thay đ i các đ c tr ng nhi N u m t ph n ng là không th v m t nhi không th làm nó x y ra đ c. ượ ể ả
ấ ả ứ ủ ằ ổ ỉ + Ch t xúc tác không làm thay đ i cân b ng c a ph n ng mà ch làm cho cân b ng nhanh đ t đ ằ ạ ượ ơ . c h n
ộ ả ứ ộ ọ ọ : m t ch t xúc tác ch có tác d ng xúc tác cho m t ộ ỉ ướ i ộ ạ c nh ng s n ph m khác ượ ấ ụ ấ ề ữ ư ẩ ủ ẽ ả + S xúc tác có tính ch n l c ự ấ 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 ả ứ ấ ị tác d ng c a các ch t xúc tác khác nhau s thu đ ụ nhau.
CuT ,
/
Zn
Ví d :ụ
+
(cid:190) (cid:190) (cid:190) fi (cid:190)
CH
CHO
H
OHHC 5
2
3
2
T
,
OAl 32
+
(cid:190) (cid:190) (cid:190) fi (cid:190)
OHHC 5
2
HC 2
4
OH 2
. * C ch c a quá trình xúc tác ơ ế ủ
ấ ằ c a ph n ng b ng ả ứ ượ ủ Ch t xúc tác có tác d ng làm gi m năng l ụ cách thay đ i c ch c a ph n ng, t ổ ơ ế ủ ả ả ứ ng ho t hóa ạ đó làm thay đ i t c đ c a ph n ng. ổ ố ộ ủ ả ứ ừ
- C ch xúc tác đ ng th : ng đ c gi i thích b ng thuy t h p ch t trung ơ ế ể Th ồ ườ ượ ả ằ ế ợ ấ gian:
A + B = AB Ph n ng ả ứ ch mậ
65
ễ ơ Nguy n s n
Chöông X: Ñoäng Hoùa Hoï c B chạ
Khi có m t ch t xúc tác K: A + K = AK nhanh ặ ấ
AK + B = AB + K nhanh
Hình 10.2. S thay đ i c ch khi có m t xúc tác ổ ơ ế ự ặ
- C ch xúc tác d th : i thích b ng c gi ằ ả ử ị ấ ỉ ề ặ ụ ủ ở ụ S h p ự ấ b h p ph ụ i tác d ng c a các l c hóa h c trên b m t ch t xúc tác tr nên ho t đ ng. ạ ộ ố ộ ủ , do đó làm tăng t c đ c a ấ ử ủ ạ ấ ị ể th ng đ thuy t h p ph . ườ ơ ế ế ấ ượ ph v t lý ch là giai đo n đ u c a quá trình xúc tác, các phân t ạ ầ ủ ụ ậ d ướ ọ ự V y ch t xúc tác làm tăng ho t tính c a các phân t ậ ph n ng. ả ứ
Hình 10.3. S thay đ i năng l ng ho t hóa khi có m t xúc tác ự ổ ượ ặ ạ
66
