Tiểu luận Tốc độ phản ứng hóa học
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tiểu luận Tốc độ phản ứng hóa học, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Lôùp: k13s1 TIEÅU LUAÄN Nhieät ñoäng hoïc hoùa hoïc khaûo saùt traïng thaùi naêng löôïng cuûa heä (traïng thaùi ñaàu, traïng thaùi cuoái) vaø entropi cuûa noù ñeå xaùc ñònh khaû naêng cuûa töông taùc hoùa hoïc. Noù chöa ñeà caäp ñeán yeáu toá thôøi gian cuûa quaù trình phaûn öùng. Ví duï phaûn öùng giöõa oxi vaø hidro: 298 H2(k) + 1/2O2(k) g H2O(k) ∆Go = -228,6 Do ñoä giaûm naêng löôïng töï do khaù lôùn, ta coù theå keát luaän laø caân baêng chuyeån dôøi hoaøn toaøn theo chieàu thuaän taïo ra nöôùc. Trong thöïc teá, hoãn hôïp khí H2 + O2 ôû ñieàu kieän thöôøng coù theå toàn taïi raát laâu (haøng chuïc naêm hay hôn) maø khoâng thaáy coù veát nöôùc sinh ra. Nguyeân nhaân laø heä hoùa hoïc luùc ban ñaàu caàn nhaän naêng löôïng raát lôùn ñeå taïo thaønh chaát trung gian nhôø ñoù phaûn öùng môùi xaûy ra ñöôïc. Vaäy nghieân cöùu heä hoùa hoïc chæ vôùi quan ñieåm nhieät ñoäng löïc hoïc thì chöa ñaày ñuû, caàn khaûo saùt theâm toác ñoä dieãn bieán cuûa quaù trình cuõng nhö caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán toác ñoä ñoù. Nghieân cöùu toác ñoä phaûn öùng hoùa hoïc, caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán toác ñoä phaûn öùng laø nhieäm vuï ñaàu tieân cuûa ñoäng hoùa hoïc. Hôn theá nöõa, ñoäng hoùa hoïc coøn tìm hieåu cô cheá cuûa moät phaûn öùng - töùc laø toaøn boä caùc böôùc trung gian maø phaûn öùng traûi qua ñeå ñaït tôùi saûn phaåm. I: KHAÙI QUAÙT VEÀ TOÁC ÑOÄ PHAÛN ÖÙNG Toác ñoä phaûn öùng hoùa hoïc laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho dieãn bieán nhanh hay chaäm cuûa moät phaûn öùng hoùa hoïc. Trong heä ñoàng theå (hoãn hôïp khí hay dung dòch), toác ñoä trung bình cuûa moät phaûn öùng ñöôïc xaùc ñònh baèng bieán thieân noàng ñoä cuûa moät chaát (taùc chaát hay saûn phaåm) trong moät ñôn vò thôøi gian. Ví duï 1: A g E Theo thôøi gian, noàng ñoä taùc chaát A giaûm, traùi laïi noàng ñoä saûn phaåm E taêng. Toác ñoä trung bình cuûa phaûn öùng coù theå bieåu thò: ∆[E] ∆t ∆[A] ∆t 1 2 Vì ∆[A] laø ñaïi löôïng aâm, daáu – tröôùc ∆[A] ñaûm baûo toác ñoä phaûn öùng laø moät ñaïi löôïng döông. 1:Toác ñoä töùc thôøi cuûa moät phaûn öùng ñöôïc ñònh nghóa: Trong chöông trình naøy, ta chuû yeáu ñeà caäp tôùi toác ñoä töùc thôøi cuûa phaûn öùng. Thöïc teá, ñeå ñôn giaûn, ngöôøi ta thöôøng choïn 1 taùc chaát naøo ñoù (ví duï chaát A) laøm chuaån ñeå khaûo saùt toác ñoä phaûn öùng ñaõ cho. Vi phaân noàng ñoä chaát A theo thôøi gian ñöôïc coi laø toác ñoä töùc thôøi cuûa phaûn öùng: d(a) V = - dt Treân ñaây ta ñaõ tìm hieåu caùch bieåu thò toác ñoï phaûn öùng. Baây giôø, ta tìm hieåu tieáp nhöõng yeáu toá coù aûnh höông ñeán toác ñoä phaûn öùng. 2: toác ñoä phaûn öùng vaø noàng ñoä taùc chaát C4H9Cl+H2O(l) C4H9OH(dd)+ HCl (dd) Toá ñoä trung bình tính töø toác ñoä tieâu thuï C4H9Cl ñôn vò cuûa toác ñoä [ noàng ñoä]/[thôøi gian]:mol/s (M/s); mol/phuùt toác ñoä giaûmtheo thôøi gian bieåu dieãn noàng ñoä [C4H9Cl] theo thôøi gian. Toác ñoä töùc thôøichính laøheä soá goác cuûa tieáp tuyeán vôùi ñöôøng cong noàng ñoä- thôøi gian toác ñoä töùc thôøi khaùc vôùi toác ñoä trung bình -thöôøng goïi toác ñoä töùc thôøi ngaén goïn la øtoác ñoä Noùi chung toác ñoä phaûn öùng taêng khi noàng ñoä taêng Xeùt phaûn öùng: NH+4 (dd) +NO2- (dd) N2(g) + 2H2O(l) Toác ñoä phaûn öùng giöõa amonium vaø nitrit trong dd nöôùc ôû 25oC NoTN Nd dau[NH4+] Nd dau [NO2-] toác ñoä ñaàu (M) (M) (M/s) 1 0.0100 0.200 5.4 x 10-7 2 0.0200 0.200 10.8 x 10-7 3 0.0400 0.200 21.5 x10-7 4 0.0600 0.200 32.3 x10-7 5 0.200 0.0202 10.8 x 10-7 6 0.200 0.0404 21.6 x 10-7 7 0.200 0.0606 32.4 x10-7 8 0.200 0.0808 43.3 x10-7 Vôùi phaûn öùng: NH4+ (dd) + NO2- (dd) N2 (g) + 2H2O (l) Ta thaáy: [NH4+] taêng 2 laàn, [NO2-]khoâng ñoåi, toác ñoä taêng 2 laàn [NO2-] taêng 2 laàn, [NH4+]khoâng ñoåi, toác ñoä taêng 2 laàn keát luaän: V~[NH4+][NO2-] Bieåu thöùc tính toác ñoä: V= K.[NH4+].[NO2-] -trong ñoù k laø haèng soá toác ñoä; vlaø toác ñoä phaûn öùng Goïi laø phöông trình ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng 3: baäc phaûn öùng Trong tröôøng hôïp toång quaùt, phöông trình ñoäng hoïc coù daïng V= K.[taùc chaát 1]m.[taùc chaát 2]n... Ta noùi phaûn öùng baäc m vôùi taùc chaát 1, baäc n vôùi taùc chaát 2...:m,n... baäc rieâng cuûa phaûn öùng theo töøng taùc chaát Baäc chung cuûa phaûn öùng baèng toång (m+n+...) Baäc rieâng cuûa phaûn öùng coù theå laø 0 neáu m hay n,... laø zero Baäc cuûa phaûn öùng ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm Baäc phaûn öùng khoâng ñôn giaûn laø heä soá tyû löôïng öùng vôùi taùc chaát trongphöông trình phaûn öùng a: Phản ứng bậc 1: Phản ứng bậc 1:A B V=-d[A]/dt=k[A] Chuyển vế lấy tích phân: [A] t ln = -kt [k]=s-1 ;phút-1 [A]0 Ln[A]t=-kt +ln[A]0 đường biểu diễn ln[A]t theo t là đường thẳng với hệ số góc là –k và tung độ gốc là ln[A]0 đây là phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 1 b: phản ứng bậc 2 td:H2O2(dd) H2O+1/2O2(K) d[H2O2] =-kt dt [H2O2] Ln =-kt [H2O2] ln[H2O2]t=ln[H2O2]0 -kt td:xác định bậc riêng và bậc chung của phản ứng: 2HgCl2+C2O42- 2Cl- + 2CO2 +Hg2Cl2 N0 [HgCl2],M [C2O42-]M Tốc độ đầu,M/phút 1 0,105 0,15 1,8*10-5 2 0,105 0,30 7,1*10-5 3 0,052 0,30 3,5*10-5 Nhận xét: TN1 và 2:[HgCl2] không đổi,[C2O42-] Tăng 2 lần –v tăng 4 lần TN 3 và 2 :[C2O42-]không đổi,[HgCl2]Tăng 2 lần –v tăng 2 lần. Với v = k[HgCl2]m[C2O42-]n Tương tự đối với thí nghiệm 3 và 2 ta có: 2m=v2/v1=(7,1*10-5)/(3,5*10-5)=2 m=1 xét thí nghiệm 1 và 2: ta có: 2n=3,94 n=2 2HgCl2 + C2O42- 2Cl- +2 CO2 + Hg2Cl2 v=k[HgCl2]1[C2O42-]2 bậc chung của phân tử = 1+2=3 đây là phản ứng bậc 3. 4 : phương trình động học của một số phản ứng đơn giản. Xác định phương trình động học của một số chất ban đầu của phản ứng Lưu ý:hằng số tốc độ không phụ thuộc vào nồng độ Mục đích:đưa ra biểu thức đơn giản biểu diễn sự phụ thuộc vào nồng độ và thời gian AA +bB gG +hH Tốc độ phản ứng:v=k[A]m[B]n... Hằng số tốc độ phản ứng =k Bậc phản ứng tổng:=m+n+..... Phản ứng là bậc 0 nếu sự thay đồi nồng độ tác chất không làm thay đổi tốc độ phản ứng. Phản ứng là bậc 1 nếu tốc độ phản ứng tăng 2(21) lần khi nồng độ tăng 2 lần Phản ứng là bậc n nếu tốc độ phản ứng tăng 2n lần khi nồng độ tăng 2 lần II: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Một phương trình hóa học thông thường không cho biết rõ thực sự phản ứng đã xảy ra như thế nào . Trong nhiều trường hợp , nó chỉ là phương trình tổng cổng của nhiều giai đoạn đơn giản mà người ta gọi là các bước sơ cấp của phản ứng(các phản ứng sơ cấp). Một chuỗi kế tiếp các bước sơ cấp dẫn đến hìng thành sản phẩm được gọi là cơ chế phản ứng . G Năng Lượng Tự do Ví dụ 1 : Phản ứng giũa khí nitơ oxit với oxi cho nitơ dioxit 2N(k) + O2 (k) 2NO2 (k) Sản phẩm NO2 hình thành không thể là do sự va chạm của 2 phân tử NO vớI một phân tử O2 ,vì ngườI ta phát hiện thấy ,trong quá trình phản ứng ,có phân tử N2O2.ta giả thiết rằng ơphản ứng xảy ra theo 2 bước sơ cấp sau: Bước sơ cấp 1 2NO(k) N2O2(k) Bước sơ cấp 2 N2O2(k) +O2(k) 2O2(k) Phản ứng tổng quát: 2NO(k) +O2(k) 2NO2(k) Tiểu phân N2O2 được gọI là chất trung gian , nó xuất hiên trong một bước sơ cấp ,sau đó lạI tiêu thụ trong một bước sơ cấp khác, và không có mặt trong phản ứng tổng quát. Số tiểu phân(phântư ,nguyên tử ,ion) tham gia trong một bước sơ cấp của phản ứng gọI chung là phân tử số của mọtt bước phản ứng đó. Cụ thể nếu trong một bước có mọt tiểu phân tham gia,tanói phản ứng là đơn phân tử (unimolecular),có hai tiểu phân : phản ứng lưỡng phân tử(bimolecular ), cs ba tiểu phân:phản ứng tam phân tử (ter-moleculer)trong ví dụ trêncả hai bước sơ cấp điều là lưỡng phân tử. Định luật tác dụng khốI lượng áp dụng đúng cho mỗI bước sơ cấp : Phản ứng đơn phân tử: A sản phẩm v=k(A) phản ứng bậc một. Phản ứng lưỡng phân tử : 2A sản phẩm v = k(A)2 phản ứng bật hai. A+B sản phẩm` v =k(A)(B) phản ứng bật hai. Ta nhận tháy trong mỗI bước sơ cấp, bậc của phản ứng trùng vớI bật của phân tử số. phản ứng bậc một cũng là phản ứng đon phân tử,phản ứng bậc hai là phản ứng lưỡng phân tử Ví dụ 2: phản úng phân hủyhidro peoxit H2O2có phương trình phảnứng tổng quát: 2H2O2(dd) 2H2O(l) + O2(k) ở nhiệt độ thường phả ứng xảy ra tốc độ chậm, khi có mặt ion iodua I- phản ứng xảy ra mau lẹ. phương trình động học rút ra từ thực nghiệm : v = k(H2O2)(I-) bật tổng quát của phản ứng là hai trong đó bật 1 vớI hidro peoxit, bậc một vớiion iodua. Giã thiết phản ứng phân hủy hidro peoxitxảy ra theo hai bước sơ cấpđều là lưỡng phân tử. Bước 1: H2O2 + I- H2O + IO- (nhanh) Bước 2: H2O2 +IO+ H2 O + O2 +I (nhanh) Phương trình động học được giảI thích: tronh hai bước sơ cấp bc 1 là bcs chậm nó chính là bước quyết định tốc độ của phản ứng. V = k(H2O2)(I-) IO- là chất trung gian của phản ứng nó hình thành trong bc 1 bị tiêu thụ trong bước hai I-không có mặt trong phương trình tổng quát (bị tiêu thụ trong bứoc 2 tái sinh trong bc2). Nó không phảI là chất trung gian. Nó làm tăng tốc phản ứng gọI là chất xúc tác. PHAÛN ÖÙNG SÔ CAÁP: laøphaûn öùng chæ xaûy ra qua moät giai ñoaïn Phaân töû soá cuûa moät phaûn öùng sô caáp laø soá phaàn töû tham giavaøo moät giaiñoaïn sô caáp. -ñôn phaân töû: chæ coù moät phaân töû trong giai ñoaïn sô caáp -nhò phaân töû:hai phaân töû trong giai ñoaïn sô caáp -tam phaân töû :3 phaân töû trong giai ñoaïn sô caáp haàu hö khoâng coù quaù trình töù phaân töû (vì xaùc xuaát xaûy ra haàu nhö baèng khoâng) chaát trung gian:laø chaát xuaát hieän tronggiai ñoaïn sô caáp nhöng khoâng phaûi laø taùc chaát hay saûn phaåm cuûa phaûn öùng III : AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NOÀNG ÑOÄ Ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä caùc taùc chaát tôùi toác ñoä phaûn öùng ñöôïc ruùt ra töø soá löôïng lôùn caùc döõ kieän thöïc nghieäm. Ví duï: Ñeå khaûo saùt aûnh höôûng cuûa noàng ñoä taùc chaát ñoái vôùi toác ñoä cuûa phaûn öùng: F2(k) + 2ClO2(k) g 2FClO2(k) ta coù theå thay ñoåi noâng ñoä ñaàu cuûa caùc taùc chaát roài ño toác ñoä ñaàu cuûa phaûn öùng taïi moät nhieät ñoä khoâng ñoåi. Baûng döôùi ñaây ghi laïi 1 soá keát quaû: TN Noàng ñoä F2 (M) Noàng ñoä ClO2 (M) Toác ñoä ñaàu (M/s) 1 2 3 0,10 0,01 1,2 × 10-3 0,10 0,04 4,8 × 10-3 0,20 0,01 2,4 × 10-3 Quan saùt thí nghieäm 1 vaø 3 ta thaáy, khi taêng noàng ñoä F2 gaáp ñoâi, toác ñoä phaûn öùng taêng gaáp 2 laàn. Quan saùt thí nghieäm 1 vaø 2 ta thaáy, khi taêng noàng ñoä ClO2 gaáp 4 laàn thì toác ñoä phaûn öùng taêng 4 laàn. Nhö vaäy, toác ñoä phaûn öùng tæ leä vôùi tích soá noàng ñoä caùc taùc chaát: v = k[F2][ClO2] Toång quaùt vôùi phaûn öùng chung aA + bB g eE + fF v = k[A]p[B]q “Taïi nhieät ñoä xaùc ñònh, toác ñoä phaûn öùng ôû moãi thôøi ñieåm tæ leä thuaän vôùi tích soá noàng ñoä caùc taùc chaát (vôùi soá muõ thích hôïp)”. Ñoù laø noäi dung cuûa ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng (do 2 nhaø khoa hoïc Na Uy Gulberg vaø Waage phaùt minh vaøo caùc naêm 1864-1867). Phöông trình toaùn (ruùt ra röø thöïc nghieäm) moâ taû quan heä giöõa toác ñoä phaûn öùng töùc thôøi vôùi noàng ñoä cuûa chaát phaûn öùng ñöôïc goïi laø phöông trình toác ñoä phaûn öùng hay phöông trình ñoäng hoïc. Haèng soá tæ leä k goïi laø haèng soá toác ñoä, giaù trò cuûa noù chæ phuï thuoäc baûn chaát caùc chaát taùc duïng vaø nhieät ñoä. Neáu CA = CB = 1 thì v = k, nhö theá veà ñoä lôùn k baèng toác ñoä phaûn öùng khi noàng ñoä caùc chaát baèng ñôn vò. Cho neân ngöôøi ta coøn goïi k laø toác ñoä rieâng cuûa phaûn öùng. Ngöôøi ta coi k laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho toác ñoä cuûa moät phaûn öùng. Giaù trò cuûa k caøng lôùn thì toác ñoä phaûn öùng caøng nhanh. Nhaän xeùt: Noùi chung toác ñoäphaûn öùng taêng khi noàng ñoä tăng VÍ DUÏ Ôû bình nghieäm a)ta cho 25ml dd H2SO4, 0.1M, taùc duïng vôùi 25ml dd NA2S2O3 ,0.1M Bình nghieäm b) ta cuõng cho 25ml ddH2SO4 ,0.1M, taùc duïng vôùi 10ml dd NA2S2O3, 0.1M vaø 15ml nöôùc caát . keát quaû ôû bình a) ta thaáy coù maøu vaøng ñaäm hôn raát nhieàu so vôùi bình b) vì noàng ñoä cuûa NA2S2O3 ôû bình a) nhieàu hôn neân sau phaûn öùng löu huyønh ñöôïc sinhra nhieàu hôn neân dung dòch sau phaûn öùng coù maøu vaøng ñaäm hôn IV: AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NHIEÄT ÑOÄ Toác ñoä phaûnöùng phuï thuoäc raát nhieàu vaøo nhieät ñoä. Thoâng thöôøng khi taêng nhieät ñoä, toác ñoä phaûn öùng taêng. Chaúng haïn: 2H2 + O2 2H2O Ôû nhieät ñoä döôùi 300oC, phaûn öùng xaûy ra raát chaäm ñeán möùc coù theå coi nhö khoâng xaûy ra. ÔÛ nhieät ñoä 700oC, phaûn öùng xaûy ra töùc khaéc döôùi daïng noå. Döïa vaøo keát quaû nhieàu thí nghieäm, nhaø khoa hoïc ngöôøi Haø Lan van’t Hoff neâu ra quy taéc kinh nghieäm: “Cöù taêng nhieät ñoä leân 10oC, toác ñoï phaûn öùng hoaù hoïc trung bình taêng töø 2 ñeán 4 laàn”. Vôùi moãi phaûn öùng, soá laàn taêng toác ñoä phaûn öùnh khi taêng thaâm 10oC ñöôïc goïi laø heä soá nhieät ñoä cuûa toác ñoä phaûn öùng. g laø kí hieäu cuûa heä soá nhieät ñoä cuaûa toác ñoä phaûn öùng. t2-t1 Giaû söû t1oC, moät phaûn öùng coù toác ñoä v1, ôû t2oC phaûn öùng coù toác ñoä t2. Theo van’t Hoff, lieân heä giöõa v1 vaø v2 nhö sau: v2 10 v1 = g Quy taéc van’t Hoff laø quy taéc gaàn ñuùng, thu ñöôïc treân cô sôû caùc phaûn öùng trong dung dòch, xaûy ra ôû nhieät ñoä thaáp. Khi taêng nhieät ñoä , heä soá g khoâng phaûi giöõ nguyeân khoâng ñoåi maø bò giaûm daàn ñeán ñôn vò. Söï sai leäch vôùi quy taéc coøn thaáy ôû caùc phaûn öùng dò theå, ôû ñaây toác ñoä phaûn öùng thay ñoåi ít theo nhieät ñoä, vaø ôû caùc phaûn öùng sinh hoïc , khi taêng nhieät ñoä leân 1oC , toác ñoä phaûn öùng taêng haøng chuïc laàn v.v Naêm 1889, nhaø khoa hoïc ngöôøi Thuî Ñieån Svante August Arrheùnius döïa vaøo caùc ñònh luaät nhieät ñoâng löïc hoïc deà xuaät bieåt thöùc cho thaáy söï phuï thuoäc cuûa haèng soá toác ñoä phaûn öùng k vaøo nhieät ñoä tuyeät ñoái T taïi ñoù xaûy ra phaûn öùng: d ln k Ea dt RT2 = Trong ñoù R: haèng soá lí töôûng (8,314 J); Ea: haèng soá vôùi moãi phaûn öùng ( haèng soá naøy Arrheùnius goïi la naêng löôïng hoaït hoaù cuûa phaûn öùng) 1. Laáy tích phaân baát ñònh ta ñöôïc: Ea RT Ln k = - + ln A (ln A l2 haèng soá tích phaân) Nhaän xeùt: Logarit cuûa haèng soá toác ñoä laø haøm baäc nhaát cuûa 1/T ÔÛ moät nhieät ñoä xaùc ñònh, giaù trò cuûa Ea caøng lôùn thì toác ñoä phaûn öùng caøng nhoû. Khi taêng nhieät ñoä, toác ñoä phaûn öùng taêng nhanh. Heä soá A ñöôïc goïi laø thöøa soá tröôùc soá nuõ hay thöøa soá taàn soá. Giaù trò cuûa noù hoaøn toaøn khoâng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. 2.: Neáu bieát caùc haèng soá toác ñoä kT2, kT1 taïi hai nhieät ñoä T2, T1, döïa vaøo bieåu thöùc treân, ta cuõng coù theå tính ñöôïc giaù trò naêng löôïng hoaït hoaù Ea cuûa phaûn öùng. Phöông trình Arrheùnius cho thaáy moái lieân heä maät thieát giöõa naêng löôïng hoaït hoaù vôùi toác ñoä phaûn öùng (thoâng qua ñaïi löôïng haèng soá toác ñoä): phaûn öùng coù naêng löôïng hoaït hoaù lôùn xaûy ra chaäm. Theo lyù thuyeán va chaïm cuûa Arrheùnius, ñieàu kieän caàn thieát ñeå cho moät phaûn öùng xaûy ra laø caàn coù söï va chaïm giöûa caùc phaân töû taùc chaát . Tuy nhieân khoâng phaûi taát caû caùc va chaïm ñeàu daãn ñeán vieäc hình thaønh caùc phaân töû môùi. Caùc pheùp tính döïa treân lí thuyeát ñoäng hoïc phaân töû khí cho thaáy: ôû ñieàu kieän bình thöôøng ( 1 atm, 25oC cöù trong 1 giaây coù khoaûng 1027 tæ va chaïm giöõa 2 phaân töû khí trong 1ml theå tích khí, trong chaát loûng soá va chaïm coøn nhieàu hôn theá nöõa. Chæ caàn moät phaàn raát nhoû nhöõng va chaïm teân ñaây daãn ñeán saûn phaåm cuõng ñuû khieán cho caùc phaûn öùng hoaøn taát töùc thôøi. Tuy nhieân. Thöïc teá khoâng phaûi nhö vaäy. Theo Arrheùnius, chæ nhöõng va chaïm xaûy ra giöõa nhöõng tieåu phaân coù naêng löôïng dö (naêng löôïng hoaït hoaù) môùi coù hieäu quaû.(töùc laø daãn ñeán hình thaønh saûn phaåm) Ví duï, phaûn öùng chuyeån heä phaûn öùng töø traïng thaùi naêng löôïng I ñeán trnaï thaùi naêng löôïng II vôùi hieäu öùng nhieät phaûn öùng DH. traïng thaùi naêng löôïng III laø möùc naêng löôïng toái thieåu maø caùc phaân töû caàn coù ñeå phaûn öùng xaûy ra. Ea = EIII - EI laø naêng löôïng hoaït hoaù phaûn öùng thuaän, E’a = EIII – EII laø naêng löôïng hoaït hoaù phaûn öùng nghòch. Muoán chuyeån töø traïng thaùi naêng löôïng naøy sang traïng thaùi naêng löôïng khaùc do phaùt sinh phaûn öùng , heä phaûi vöôït qua haøng raøo naêng löôïng Ea hay E’a, Arrheùnius goïi caùc phaàn töû coù ñuû naêng löôïng hoaït hoaù nhö eâ1caùc phaàn töû hoaït ñoäng, caùc phaàn töû hoaït ñoâng chieám tæ leä nhoû trong hoãn hôïp phaûn öùng. no Khi taêng nhieät ñoä tæ leä phaàn töû hoaït ñoâng taêng leân, do ñoù toác ñoä phaûn öùng cuõng taêng. Cuoái cuøng söï va chaïm giöõa caùc tieåu phaân ñaõ coù ñuû naêng löôïng chæ daãn ñeán saûn phaåm neáu nhö söï va chaïm ñöôïc ñònh höôùng ñuùng. Söï ñònh höôùng ñuùng caùc tieåu phaân phaûn öùng coù lieân heä thöøa soá taàn soá A. Ví duï phaûn öùng giöõa K vaø CH3I: K + CH3I ® KI + CH3 Chæ khi nguyeân töû kali va chaïm tröïc tieáp vôùi nguyeân töû iot phaûn öùng môùi dieãn ra ñöôïc. Ngoaøi lí thuyeát va chaïm Arrheùnius nhaán maïnh söï va chaïm hieäu quaû cuaû nhöõng tieåu phaân hoaït ñoâng treân ñaây, töø naêm 1930, ngöôøi ta (Pelzer, Eyring) coøn ñeà caäp ñeán lí thuyeát traïng thaùi chuyeån tieáp (lí thuyeát phöùc chaát hoaït hoaù). Ví duï minh hoïa Nhìn vaøo hình ta deã daïng nhaän thaáy söï khaùc bieät giöõa 2 bình nghieäm. Cuøng cho 25ml H2SO4 ,0.1M taùc duïng vôùi 25ml Na2S2O3, 0.1M nhöng ôû bình a) thöïc hieän ôû nhieät ñoä phoøng ,bìnhb) thöïc hieän ôû khoaûng 500C . bình nghieäm b)coù maøu ñaäm hôn bình nghieäm a) . nhö vaäy khi nhieät ñoä caøng taêng thì toác ñoä phaûn öùng caøng cao V:CHẤT XÚC TÁC 1: Chất xúc tác chất xúc tác là chất có khả năng làm thay đổi tốc dộ phản ứng, sau khi phản ứng kết thúc, chất xúc tavs không bị biến đổI về số lượng cũng như bản chất . Những xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng giọI là xúc tác dương (đơn giản gọI là xúc tác ). Những xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng đưộc gọI là xúc tác âm(thường gọI là chất ức chế ). Thông thường ngườI ta thêm xúc tác từ ngoài vào hệ phản ứng , có trừơng hợp xúc tác hình thành trong thời gian phản ứng đó là những phản ứng tự xúc tác. Nếu chất xúc tacvs và chất phản ứng hệ một pha , ta có quá trình xúc tác đồng thể, bản thân chất xúc tác gọI là xúc tác đồng thể. Ví dụ : nitơ oxit là xúc tác đồng thểcủa hệ phản ứng: (NO,k) 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) các chất xúc tác và phản ứng là hệ nhiều pha, ta có quá trìng xúc tác dị thể, bản thân chất xúc tác là xúc tác dị thể. Trong trương hợp này phản ứng xúc tác diễn ra trên bề mặtphân chia pha.xúc tác dị thể thường là chất rắn. ví dụ : platin là xúc tác dị thể của phản ứng : 2H29k) + O2(k) 2H2O(l) các phản ứng xúc tacvs rất phổ biến trong công nghiệp và đờI sống. Các biến đổI sinh hóa tsong cơ thể được xúc tác bởI một loạI xúc tác sinh học gọI là enzim,chúng biểu lộ giống xúc tác dị thể và được gọI là xúc tác vi dị thể. Bất kì thuộc loạI nào, tất cả các xúc tác đều là những chất có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hóa (tức cũng chính là làm giảmnăng lượng tự do hoạt hóa theo quan niệm của lý thuyết phức chất hoạt hóa ) của phản ứng trong đó chúng tham gia. Ví dụ: 2HI(k) H2(k) + I2(k) trong trường hợp không xúc tác có năng lượng hoạt hóa 184 kJ/mol; còn trường hợp nếu có xúc tác Aunăng lượng hoạt hóa là105kJ/mol, nếu có xúc tác Pt năng lượng chỉ còn lạI 59kJ/mol. Nhờ thế tốc độ phản ứng đã tăng lên hàng triệu lần . những nguyên nhân dẫn đến sự giảm năng lượng hoạt hóa ở phản ứng xúc tác chưa giảI thích tường tận cho tất cả các trường hợp. ngườI ta cho có thể là do tương tác giữa các chất vớI chất xúc tác dẫn đến sự chuyển dịch electron và phân bố lạI năng lượng , do đó các liên kết bị yếu đi hay bị phân cực hơn, cho nên vớI bước phản ứng kế tiếp chỉ cần một năng lượng hoạt hóa thấplà đủ để diễn ra. 2:Tác dụng của xúc tác đồng thể DướI tác dụng của chất xúc tác, phản ứng phảI trảI qua nhiều giai đoạn trong đó năng lượng hoạt hóa (cũng chính là năng lượng tự do họat hóa)của giai đoạn nào cũng tương đốI nhỏ. (NO, k) Ví dụ 1: 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) có thể trảI qua 2 giai đoạn vớI chất trung gian là NO2: 2NO(k) + O2(k) 2NO2(k) 2NO2(k) + 2SO2(k) 2NO2(k) + 2SO3(k) 2SO2(k0 + O2(k) SO3(k) chất xúc tác có thể gây biến đổI cấu trúc elẻcton của phân tử tác chất ,nhờ vây làm giảm năng lượng hoạt hóa phàn ứngv. Ví dụ 2:phản ứng chuyểnv rượu thành dẫn xuất halogen được xúc tác bởI ion H+ Br- + C2H5OH C2H5Br + OH- Sự có mặt của ion hidro đã làm cho ion hidroxyl dễ bị bật ra C2O5OH + H+ ZC2O Sự có mặt của proton trên nhóm hidroxyl làm giảm năng lượng hoạt hóa của bước thứ hai. VI: AÛNH HÖÔÛNG CUÛA DIEÄN TÍCH BEÀ MAËT TÔÙI TOÁC ÑOÄ PHAÛN ÖÙNG Khi dieän tích tieáp xuùc cuûa caùc taùc chaát caøng lôùn thì phaûn öùng xaûy ra caøng nhanh VII : AÛNH HÖÔÛNG CUÛA AÙP XUAÁT TÔÙI TOÁC ÑOÄ PHAÛN ÖÙNG VIII : XuùcTaùc Enzyme Enzyme laø chaát xuùc taùc sinh hoïc. Phaàn lôùn enzyme laø phaân töû protein vôùi phaân töû löôïng lôùn (104 –106 amu) Enzyme coù caáu truùc ñaëc bieät. Phaàn lôùn enzyme xuùc taùc caùc phaûn öùng ñaëc tröng. Taùc chaát phaûn öùng ôû caùc taâm hoaït ñoäng treân enzyme. Taùc chaát gaén vaøo vaø phaûn öùng dieãn ra nhanh choùng. Sau ñoù saûn phaåm taùch ra khoûi enzyme. Chæ coù nhöõng chaát gaén vaøo enzyme coù theå tham gia phaûn öùng ÞTính choïn loïc cao. Neáu phaân töû baùm chaët vaøo enzyme ñeán möùc khoâng chaát naøo khaùc coù theå theá choã noù, thì caùc taâm hoaït ñoäng treân enzyme bò khoùa vaø chaát xuc taùc bò öùc cheá (chaát öùc cheá enzyme). Soá löôïng taùc ñoäng ñöôïc xuùc taùc treân phaân töû enzyme raát lôùn (103 –107 trong moät giaây) 1;Söï Coá Ñònh Nitô Vaø Chaát Chuyeån Hoùa Nitô: Ñoäng thöïc vaät khoâng tieâu thuï khí nitô tan trong ñaát.Thöïc vaät tieâu thuï NO3,NO2 vaø NO3 trong ñaát .Phaûn öùng chuyeån N2 thaønh hôïp chaát ñoøi hoûi naêng löôïng hoaït hoùa cao ñeå phaù lieân keát tam N Ξ N. Enzyme – caùc chaát chuyeån hoùa nitô coù trong caùc vi sinh vaät soáng trong caùc noát saàn ôû reã caây hoï ñaäu,coû ba laù vaø coû linh laêng, xuùc taùc quaù trình chuyeån hoùa nitô thaønh amoâniaéc.Nitô coá ñònh döôùi daïng (NO3,NO2 vaø NO3)ñöôïc caây coái haáp thu vaø sau ñoù ñoäng vaät seõ aên caây coû.Vi sinh vaät phaân huûy chaát thaûi cuûa ñoäng vaät vaø caây coû cheát, giaûi phoùng khí N2 töï do vaøo khí quyeån. 2: Coá ñònh nitô vaø chuyeån hoùa nitô. Thí duï veà cô cheá phaûn öùng: Xeùt phaûn öùng: 2NO(k) +Br2(k) ® 2NOBr(k) Phöông trình thöïc nghieäm: V=k[NO]2[Br2] Ñeà nghò cô cheá sau: Step 1: NO(g) +Br2(g) D NOBr2(g) (fast) Step 2: NOBr2(g) +NO(g)"2NOBr(g) (slow) Toá ñoä phaûn öùng seõ phuï thuoäc vaøo giai ñoaïn 2. Pt thöïc nghieäm: v=k2[NOBr=][NO] Phöông trình ñoäng hoïc khoâng ñöôïc pheùp chöùa noàng ñoä chaát trung gian do chaát trung gian khoâng beàn. Vì NOBr2 khoâng beàn, ta phaûi bieåu dieãn noàng ñoä NOBr2 theo NOBr vaø Br2. Neáu cho raèng giai ñoaïn 1 ñaõ ôû traïng thaùi caân baèng. Do taïi caân baèng: [NOBr2] = k1[NO][Br2] k-1 K1[NO][Br2] =k2 k1 [NO]2[Br2] k-1 Phöông trình naøy truøng vôùi phöông trình thöïc nghieäm vôùi k= k2.k1/k-. Phản ứng xẩy ra giữa enzyme và cơ chất diến ra rất phức tạp, nhưng năng luợng hoạt hóa trong phản ứng có enzyme xúc tác thì nhỏ hơn hơn nhiều so với cá phản ứng không có enzyme xúc tác ( hình), do enzyme đã hạ thấp được năng lượng cản trở phản ứng, vì vậy nó tạo điều kiện cho phản ứng diễn ra dễ dàng hơn. khi một enzyme làm giảm rào cản năng lượng của phản ứng thì nó làm tăng tốc độ của phản ứng theo cả hai chiều thuận và nghịch. Vì thế chất xúc tác enzyme làm cho phản ứng tới gần điểm cân bằng nhanh hơn phản ứng không có enzyme xúc tác Hơn nữa một enzyme phản ứng không làm thay đổi năng lượng tự do của phản ứng giữa chất tham gia phản ứng và sản phảm tạo thành(hình 611). Nó không làm thay đổi hoạt động năng lượng, nhưng có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Lấy một ví dụ như sau nếu ta có 600 phân tử protein với arginine là amino acid cuối cùngtan vào dung dịch. Các phân tử protein sẽ chuyển dịch theo hướng hỗn loạn, và mạch peptid cuối cùng sẽ bị phá vỡ, giả phóng ra arginine, cứ theo cách này thì sau 7 năm một nửa luợng protein tức (300 phân tử) sẽ tham gia phản ứng. Nhứng nếu có mặt cuẩ chất xúc tác enzyme thì để phản ứng xẩy ra hết 300 phân tử protein chỉ cần mất nủa giây.
File đính kèm:
toc do phan ung.doc
