Động hóa học - Chương 11

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phương pháp nghiên cứu tốc độ của phản ứng là dựa vào việc xác định trạng thái chuyển tiếp của hỗn hợp phản ứng. Sau đó, khảo sát nồng độ của một hoặc một số chất phản ứng theo thời gian. Bằng con đường này có thể nghiên cứu các phản ứng diễn ra chậm, tốc độ của nó so với thời gian cần thiết lập điều kiện đo ban đầu và tiến hành đo nồng độ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Động hóa học - Chương 11

PHẢN ỨNG NHANH TRONG DUNG DỊCH VÀ ÐỘNG HÓA HỌC CỦA NÓ I. ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG NHANH TRONG DUNG DỊCH II. LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NHANH VÀ RẤT NHANH 1. Phương pháp chảy 2. Nghiên cứu phản ứng rất nhanh Bài tập chương XI CHƯƠNG XI PHẢN ỨNG NHANH TRONG DUNG DỊCH VÀ ÐỘNG HÓA HỌC CỦA NÓ I. ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG NHANH TRONG DUNG DỊCH
II. LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG NHANH
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG NHANH VÀ RẤT NHANH Nhiều phản ứng và đa số các quá trình sơ cấp của phản ứng phức tạp là những phản ứng nhanh. Do đó, không thể sử dụng phương pháp nghiên cứu thông thường cho loại phản ứng nhanh được. Phản ứng giữa các ion, gốc tự do, phản ứng lên men trong sinh hóa là những phản ứng nhanh có chu kỳ bán hủy khoảng . Người ta gọi loại phản ứng này là "phản ứng đo nhanh". Phương pháp nghiên cứu tốc độ của phản ứng là dựa vào việc xác định trạng thái chuyển tiếp của hỗn hợp phản ứng. Sau đó, khảo sát nồng độ của một hoặc một số chất phản ứng theo thời gian. Bằng con đường này có thể nghiên cứu các phản ứng diễn ra chậm, tốc độ của nó so với thời gian cần thiết lập điều kiện đo ban đầu và tiến hành đo nồng độ. Có thể rút ngắn được thời gian cần thiết để thực hiện phép đo nhờ sử dụng phương pháp vật lý kèm theo thiết bị tự ghi. Tuy nhiên, khả năng thiết lập rất nhanh chóng điều kiện đầu làm hạn chế việc sử dụng các phương pháp nghiên cứu phản ứng nhanh và rất nhanh. Chẳng hạn, trộn một cách bình thường một lượng nhỏ hai chất lỏng vào nhau ít ra kéo dài khoảng 1 giây. Ðối với các phản ứng có thời gian trên như thế, đòi hỏi phải nghiên cứu động học phản ứng với chu kỳ bán hủy lớn hơn 1 giây. 1. Phương pháp chảy TOP Ðể nghiên cứu phản ứng chu kỳ bán hủy cở , người ta sử dụng phương pháp chảy, ở đây không đo sự thay đổi nồng độ chất phản ứng trong hệ kín mà thực hiện phép đo tại các thời gian khác nhau của hệ "mở" ổn định. Nguyên tắc của phương pháp như sau: Dung dịch chất phản ứng được đưa vào buồng (bình) phản ứng có dung tích rất bé với tốc độ không đổi. Hình 11.1: Nguyên tắc hoạt động của phương pháp chảy 1. Nguồn sáng 2. Quang phổ kế 3. Buồng phản ứng 4. Bơm Hỗn hợp phản ứng được giữ ở buồng phản ứng trong vòng . Sau đó hỗn hợp phản ứng chảy qua ống, ở đó được tiến hành phân tích một hoặc một vài điểm bằng phương pháp quang học, xem hình 11.1. Trạng thái dừng được thiết lập đối với chất phản ứng ở trong ống chảy. Thành phần của hỗn hợp ở vị trí xác định là không đổi và không phụ thuộc vào thời gian.
Khoảng thời gian t giữa lúc trộn chất phản ứng và quan sát phụ thuộc vào tốc độ chảy u, và chiều dài l từ điểm đo đến buồng phản ứng. Nếu F là điện tích của thiết diện ngang của ống, thì: Ðể nghiên cứu sự diễn biến của phản ứng, bên cạnh phương pháp quang phổ còn sử dụng phương pháp điện hóa (đo độ dẫn điện, điện thế) và nhiệt lượng kế. 2. Nghiên cứu phản ứng rất nhanh TOP Trong trường hợp nghiên cứu động học của phản ứng mà chu kỳ bán hủy của nó nhỏ hơn có thể sử dụng hai phương pháp dưới đây: a) Hệ phản ứng được khuấy một cách liên tục nhờ quá trình vật lý. Sau khi trộn cân bằng giữa quá trình vật lý và quá trình hóa học được thiết lập. Trên cơ sở số liệu của quá trình vật lý (tốc độ quá trình) có thể xác định tốc độ quá trình hóa học nghiên cứu... Những phương pháp được dự thảo theo nguyên tắc này gọi là phương pháp cạnh tranh. b) Phương pháp hóa học, ở trạng thái cân bằng thống kê, hoặc cân bằng bền được trộn bằng yếu tố nội, làm chuyển dịch cân bằng. Sau khi làm chuyển dịch cân bằng nhờ khuấy, trộn, hệ trở lại trạng thái cân bằng ban đầu. Nghiên cứu trực tiếp quá trình ngược sẽ xác định được tốc độ của nó. Phương pháp này gọi là phương pháp trộn. Phương pháp chảy chỉ áp dụng cho phản ứng bậc nhất: Do sự cạnh tranh giữa quá trình quang (truyền ánh sáng) và quá trình hóa học dẫn đến trạng thái dừng. Hiệu ứng cạnh tranh có thể được nghiên cứu bằng con đường khảo sát sự khuếch tán nhờ quang điện. Nghiên cứu quá trình xảy ra bề mặt phân chia của điện cực phân cực có thể thu được số liệu về sự phân cực của phản ứng nhanh.
Việc sử dụng cộng hưởng từ electron, spin hoặc cộng hưởng hạt nhân nghiên cứu phản ứng nhanh trong dung dịch được liệt vào phương pháp cạnh tranh. Như đã biết chiều rộng của vạch quang phổ cộng hưởng từ proton phụ thuộc vào thời gian sống của hợp chất hóa học khảo sát (xem các phương pháp phân tích hóa lý). Cộng hưởng từ proton được sử dụng trước hết để nghiên cứu phản ứng giữa axit và bazơ. Trong trường hợp phương pháp trộn được mô tả ở phần b trạng thái ban đầu của phản ứng có thể đạt được nhờ trộn hoặc làm chuyển dịch cân bằng. Người ta tiến hành việc đó bằng nhiều phương pháp khác nhau. Ðối với phương pháp tích thoát cân bằng được chuyển dịch nhờ thay đổi nhiệt độ (phản ứng kèm theo hiệu ứng nhiệt), áp suất (phản ứng kèm theo sự thay đổi thể tích) hoặc trường electron (phản ứng kèm theo sự thay đổi số ion hoặc moment lưỡng cực). Sau khi chuyển dịch cân bằng cách khuấy trộn, hệ sẽ trở lại trạng thái cân bằng đầu. Qua sự thay đổi các tham số nội này nhờ "kích thích nhiệt" "kích thích áp suất" "kích thích trường", có thể đo trực tiếp sự thay đổi nồng độ chất phản ứng ở trạng thái cân bằng mới nhờ ghi lại bằng đồ thị các đại lượng đặc trưng của hệ, ví dụ, độ hấp thu (A), độ dẫn điện... Phương pháp phân tích quang hóa được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu phản ứng nhanh. Những phản ứng được kích thích quang hóa bằng chiếu sáng với bức xạ với cường độ nhanh sẽ tạo ra phân tử hoạt động (gốc tự do, nguyên tử...) có nồng độ khá cao. Phương pháp quang phổ nghiên cứu phản ứng nhanh khá đặc trưng có hiệu quả. Khoảng xác định của các phương pháp nghiên cứu được trình bày dưới đây (dựa vào chu kỳ cảm ứng t 1/2). Hình 11.2a: Khoảng xác định của các phương pháp nghiên cứu phản ứng nhanh
1. Phương pháp tích hoạt 2. Cộng hưởng spin electron 3. Phương pháp quang học 4. Phương pháp điện hóa 5. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 6. Phương pháp chảy 7. Phương pháp cạnh tranh. Hình 11.2b: Khoảng cách xác định của phương pháp nghiên cứu. I. Phương pháp thường II. Phương pháp nhanh 1. Phản ứng bậc nhất 2. Phản ứng bậc hai Sau cùng xin giới thiệu sơ đồ nghiên cứu phản ứng nhanh (I2 ( 2I) Hình 11.3: Sơ đồ nghiên cứu động học bằng phương pháp phân tích quang hóa phản ứng nhanh. 1. Nguồn điện thế cao 2. Rơ le 3. Tụ điện 4. Ðèn xung
5. Bình phản ứng 6. Nguồn ánh sáng trắng 7. Lọc sáng 8. Máy quang phổ 9. Bộ phân quang 10. Khuếch đại 11. Máy tự ghi (dao động kế) Bài tập chương XI 1. Dựa vào đâu để biết một phản ứng là phản ứng nhanh và rất nhanh. Những phản ứng nào thuộc loại phản ứng nhanh và rất nhanh? 2. Ðộng hóa học của phản ứng nhanh và rất nhanh đối với phản ứng bậc 1, 2. 3. Trình bày lý thuyết về phản ứng nhanh và rất nhanh. 4. Trình bày phương pháp nghiên cứu phản ứng nhanh và rất nhanh CHƯƠNG XII ÐẠI CƯƠNG VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I. KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHẢN ỨNG 1. Phương pháp động học 2. Phương pháp không động học 3. Phạm vi giới hạn của các phương pháp khác nhau nghiên cứu cơ chế phản ứng Bài tập chương XII CHƯƠNG XII ÐẠI CƯƠNG VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I. KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Có thể hiểu khái niệm cơ chế phản ứng như là một tập hợp của các quá trình cơ bản trong quá trình hóa học, chất phản ứng tạo thành sản phẩm phản ứng. Theo định nghĩa trên sự nghiên cứu cơ chế phản ứng có nhiệm vụ mô tả trạng thái trung gian xuất hiện trong khi chuyển hệ từ trạng thái đàu đến trạng thái cuối. Cần phải mô tả một cách chi tiết sự tồn tại của tất cả các nguyên tử trong phân tử tham gia vào phản ứng, quan hệ của chúng với phân tử dung môi từ đầu cho tới lúc kết thúc quá trình. Trước hết, cần chú ý đầy đủ đến sự thay đổi lực liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử, sự thay đổi cấu hình không gian, sự thay đổi năng lượng của hệ, trong lúc diễn ra phản ứng.