ĐNG HÓA H CỘ Ọ
PGS – TS Lê Kim Long, Đi h c Qu c gia Hà N iạ ọ ố ộ
Đng hóa h c nghiên c u ộ ọ ứ di n bi nễ ế c a quá trình bi n đi hóa h c các ch t thủ ế ổ ọ ấ ể
hi n : 1- ệ ở T c đ quá trìnhố ộ ; 2- Đng đi c a quá trìnhườ ủ hay còn g i là ọc ch ph n ngơ ế ả ứ ;
3- các y u t nh h ng đn v n t c nh nhi t đ, môi tr ng ...,ế ố ả ưở ế ậ ố ư ệ ộ ườ
Đi l ng quan tr ng nh t c a đng hóa h c là W- ạ ượ ọ ấ ủ ộ ọ v n t c ph n ngậ ố ả ứ và k- h ngằ
s v n t cố ậ ố . Đ th hi n v n t c ph n ng ta hay dùng ể ể ệ ậ ố ả ứ ph ng trình t c đ (đnh lu tươ ố ộ ị ậ
t c đ)ố ộ - s ph thu c v n t c vào n ng đ ch t ph n ng v i các khái ni m n- ự ụ ộ ậ ố ồ ộ ấ ả ứ ớ ệ b cậ
ph n ngả ứ , m- phân t sử ố và - h s t l ngệ ố ỷ ượ .
1. Đi u ki n x y ra ph n ng hóa h cề ệ ả ả ứ ọ
Trong ph n nhi t đng h c chúng ta đã bi t các khái ni m H, S, G và đi u ki n đ ầ ệ ộ ọ ế ệ ề ệ ể
ph n ng có th t x y ra.ả ứ ể ự ả
1.1. Nhi t đng h c:ệ ộ ọ
G < 0 H TS
Đi u ki n nhi t đng h c là đi u ki n c n còn đi u ki n đ đ ph n ng x y ra ề ệ ệ ộ ọ ề ệ ầ ề ệ ủ ể ả ứ ả ở
m c có th ghi nh n đc l i là các đi u ki n đng h c.ứ ể ậ ượ ạ ề ệ ộ ọ
1.2. Đng h c:ộ ọ
Ph n ng ch có th x y ra n u có va ch m gi a các phân t có đ năng l ng làả ứ ỉ ể ả ế ạ ữ ử ủ ượ
n i dung c a đnh lu t ộ ủ ị ậ tác d ng kh i l ngụ ố ượ hay đnh lu t - ph ng trình ị ậ ươ t c đ ph nố ộ ả
ngứ (th c nghi m):ự ệ
W = k.
A
n
A
C
.
B
n
B
C
Theo lí thuy t ph n ng và th c nghi m va ch m ho t đng là các va ch m gi a cácế ả ứ ự ệ ạ ạ ộ ạ ữ
h t có đ năng l ng v t qua năng l ng ho t hoá E* hay Eạ ủ ượ ượ ượ ạ A.
Va ch m ạ va ch m ho t đng ạ ạ ộ khái ni m E*ệ
Va ch m đnh h ng (th a s không gian P) ạ ị ướ ừ ố
2. Đng cong đng h c và t c đ ph n ngườ ộ ọ ố ộ ả ứ
H << 0
H >> 0 H] ~ S] G
k
n
n = nA + nB
thuy t va ch m ho t đngế ạ ạ ộ
Khi xét m t ph n ng, ví d đn gi n: ch t A ph n ng t o ch t B, ta vi t A ộ ả ứ ụ ơ ả ấ ả ứ ạ ấ ế
B. Khi đó CA gi m d n, Cả ầ B tăng d n theo th i gian ph n ng t. N u bi u di n C theo tầ ờ ả ứ ế ể ễ
ta có đng cong đng h cườ ộ ọ .
W k, n E* khái ni m tệ1/2
Khi đó ta có khái ni m t c đ chuy n hoá và ph n ng:ệ ố ộ ể ả ứ
T c đ chuy n hoá ch t A = -dCố ộ ể ấ A/dt.
T c đ chuy n hoá ch t B = +dCố ộ ể ấ B/dt
V n t c ph n ng W = ậ ố ả ứ dC/dt
Tr ng h p ph n ng ph c t p h n:ườ ợ ả ứ ứ ạ ơ
Ví d :ụ1 N2 + 3H2 2NH3
W =
1
1
dt
]N[d
2
=
3
1
dt
]H[d
2
= +
2
1
dt
]NH[d
2
W r s mol ch t ph n ng m t đi ho c s n ph m hình thành/1đn v th i gian (t)/1ố ấ ả ứ ấ ặ ả ẩ ơ ị ờ
đn v th tích(V). ơ ị ể
=
tV
n
=
t
C
; Wt =
dt
dC
;
N u tính t i h s t l ng ế ớ ệ ố ỷ ượ khi cân b ng ph n ng c n chia cho ằ ả ứ ầ .
Gi i thích d u ả ấ đng tr c ng v i xu h ng bi n đi n ng đ ch t đ đm ứ ướ ứ ớ ướ ế ổ ồ ộ ấ ể ả
b o t c đ ph n ng luôn luôn d ngả ố ộ ả ứ ươ
3. Các khái ni m k, n, m và phân lo i ph n ng ệ ạ ả ứ
3.1. Đn gi nơ ả :
Nh ng ph n ng m t giai đo n (nghĩa là A, B va ch m d n đn s n ph m) = ữ ả ứ ộ ạ ạ ẫ ế ả ẩ ph n ả
ng c b nứ ơ ả , ví d :ụ
H+ + OH H2O
CH3OCH3 CH4 + CO + H2
n = m =
3.2. Ph c t p: n, m không b ng nhauứ ạ ằ
Ví d 1:ụ n m
C
t
CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + HI
C ch : ơ ế
a) CH3COCH3 CH3C(OH)=CH2 (ch m)ậ
b) CH3C(OH)=CH2 + I2 CH3COCH2I + HI (nhanh)
W = Wa = ka. [CH3COCH3]1
Ta có khái ni m ệgiai đo n quy t đnh t c đạ ế ị ố ộ là giai đo n ch m nh t.ạ ậ ấ
Ví d 2:ụ n = m m c dù c ch ph c t pặ ơ ế ứ ạ
2NO + Cl2 = 2NOCl
C ch :ơ ế
a) NO + Cl2
NOCl2(nhanh)
b) NOCl2 + NO 2NOCl (ch m)ậ
Ka =
]Cl[ ]NO[
]NOCl[
2
2
[NOCl2] = Ka[NO] [Cl2]
WB = kb . [NOCl2] [NO], [NOCl2] = Ka[NO] [Cl2]
= kb . Ka . [NO]2 [Cl2]
Ví d 3:ụ n l ẻH2 + Br2 2HBr
W = k [H2] [Br2]
Th c t : W = ự ế
]Br[
[HBr]
k 1
[Br] ]H[k
2
2
1/2
21
W =
]HBr[ k ][Br
][Br ]H[k
22
2/3
221
Mu n bi t nố ế Br = ? ph i xét [Br] >> ho c << kả ặ 2 [BrH]
Ví d 4:ụ
B c ậ : 2N2O5 4NO2 + O2 W = k[N2O5]
2NO + O2 2NO2 W = k[NO2]2 [O2]
Ví d 5:ụ
B c 0:ậPH3
o
T W,xt, ,P
? W = k
4. Các qui lu t đng h c đn gi nậ ộ ọ ơ ả
Phân lo i ph n ng theo b c n, t đó d n ra các ph ng trình đng h c hay bi u ạ ả ứ ậ ừ ẫ ươ ộ ọ ể
th c t c đ tích phânứ ố ộ
4.1. Ph n ng b c 1ả ứ ậ
A P
Ph ng trình đng h cươ ộ ọ
Cách 1 Cách 2
W =
dt
dC
= kC;
C
dC
dt = k
dt
lnC = kt + I n u t = 0 ế C = Co
I = lnCo
ln
C
C
o
= kt C = Co . ekt
k =
t
1
ln
C
C
o
=
t
303,2
lg
C
C
o
Co = a; Ct = a x
dt
dC
t
= k(a x)
)xa(
)xa(d
= kdt, l yấ
ng v iứ ớ
x-a
a
ln(a x) = kt
k =
t
1
ln
xa
a
Đng cong đng h c:ườ ộ ọ
* 1/2: k =
2/1
t
1
ln2 1/2 =
k
693,0
* Qua đi l ng v t lí ạ ượ ậ = k C
Ph n ng: ả ứ
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Saccaro Gluco Fructo
C ~ (quay ph i)ảquay ph i (ả+) quay trái ( )
Đây là ph n ng b c n = 1 bi u ki n (ch ng minh) và C ~ ả ứ ậ ể ế ứ .
Ởto = 0 dung d ch có ịo ng v i Cứ ớ o (hay a b ng 100% = 1) ằ
t = t t (đã có x% ph n ng ả ứ C còn l i = 1-x; ạ
C s n ph m = x + x = 2x) ả ẩ
t
tg = k
ln C
2
C
C
t
C
o o
o
1/2
t = (x 1, n ng đ s n ph m = 2x =2)ồ ộ ả ẩ
t = 0 góc quay Ởo c a h n h p ph n ng = góc quay ủ ỗ ợ ả ứ c a saccaro = ủo (đo đc)ượ
T i t = t góc quay ạt = góc quay do saccaro (1 x) o + góc quay do s n ph m 2xả ẩ sp:
t = (1 x) o + 2xsp
t = o xo + 2xsp = o + x(2sp -o)
x = (t o)/ (2sp -o)
x = (t o)/ ( -o)
Áp vào ph ng trình ph n ng b c 1:ươ ả ứ ậ
k =
t
303,2
lg
xa
a
; thay
xa
a
=
x1
1
=
o
ot
1
1
k =
t
303,2
lg
t
o
k =
t
3,2
lg
t
o
lg (t ) = lg (o )
303,2
1
kt
X lí b ng đ th ử ằ ồ ị lg (t )
lg (o )
tg = k/2,303
4.2. Ph n ng b c 2 ả ứ ậ
4.2.1. N ng đ đu khác nhauồ ộ ầ
A + B P
t = 0 Co = a b 0
t = t C = ax b x x
W = +
dt
dx
= k (a x) (b x)
)xb)(xa(
dx
= kdt
)xb)(xa(
1
=
xa
A
+
xb
B
=
)xb)(xa(
BxBaAxAb
=
)xb)(xa(
x)BA(BaAb
Vì t s = 1 ử ố (A + B) = 0 và Ab + Ba = 1.