giáo trình hóa lý 2

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ CHƯƠNG 2.. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ CHƯƠNG 3.. DUNG DỊCH ĐiỆN LY CHƯƠNG 5.. ĐiỆN CỰC VÀ PIN CHƯƠNG 6.. ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐiỆN CỰC CHƯƠNG 7.. CÁC H

CHƯƠNG TRÌNH

CHƯƠNG 1 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

CHƯƠNG 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ

CHƯƠNG 3. XÚC TÁC

CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH ĐiỆN LY

CHƯƠNG 5 ĐiỆN CỰC VÀ PIN

CHƯƠNG 6 ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐiỆN CỰC

CHƯƠNG 7 DUNG DỊCH KEO

CHƯƠNG 8 CÁC HỆ BÁN KEO VÀ PHÂN TÁN THÔ

(2006), Oxford university press

2 Nguyễn Hữu Phú, HÓA LÝ VÀ HÓA KEO, 2006, Nhà xuất bản KHKT

3 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, HÓA LÝ, Tập 1&2,

2007, Nhà xuất bản Giáo dục

Chương 1 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG

ĐỒNG THỂ

1.1.MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN

1.2.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG ĐỒNG THỂ ĐƠN GiẢN MỘT CHIỀU

gồm các chất tham gia ở cùng một pha

*PHẢN ỨNG DỊ THỂ: Khác pha

*TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG :

Khi một phản ứng xảy ra trong điều kiện thể tích và nhiệt độ không đổi, biến thiên nồng độ của bất kỳ chất nào tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian là TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG.

1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.Định luật TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG

Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng luôn tỉ lệ

thuận với tích số các nồng độ của các chất phản ứng ở bất kỳ thời điểm nào.

A m B n

PHÂN TỬ SỐ

Trong một phản ứng nguyên tố, số tiểu phân tương tác

trực tiếp, đồng thời với nhau để tạo ra chuyển hoá hoá

học gọi là PHÂN TỬ SỐ.

Phân tử số của phản ứng không thể bằng O hoặc bằng phân số

2

Na Cl + → NaCl Cl +

1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG:

Phản ứng nguyên tố có cùng bản chất như nhau được gọi là giai đoạn phản ứng

Phản ứng một giai đoạn: A B

Phản ứng hai giai đoạn:

A B C (nối tiếp)

A

B

Là hệ số mũ của nồng độ trong phương trình động học của giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng chung.

A B +C D+E

Tốc độ phản ứng

Giai đoạn 1:

Giai đoạn 2:

Giai đoạn 1 chậm nhất (bậc 1)

Giai đoạn 2 chậm nhất (bậc 2)

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU

PHẢN ỨNG BẬC 1:

Phản ứng chỉ có một tiểu phân ban đầu tham gia chuyển hoá trong một phản ứng nguyên tố.

CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

01

0

12

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU

PHẢN ỨNG BẬC 2:

a x b k

t a b b x a

x k

t=0

t

a b ≠

a b =

CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

a a

Chu kỳ bán huỷ của phản ứng bậc 2 không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất phản ứng

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU

PHẢN ỨNG BẬC 3 và BẬC n:

t=0

t

a b c = =

n chất ban đầu có

nồng độ như nhau

CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP

Nếu trong hệ có nhiều phản ứng xảy ra đồng thời, thì mỗi một phản ứng đều độc lập với nhau và tốc độ của nó vẫn tỉ lệ trực tiếp với nồng độ các chất tham gia phản ứng

PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH

n

g số

câ

n bằ

ng

Hằ

n

g số

tố

c độ

pứ

thuậ

n

Hằ

n

g số

tố

c độ

pứ

nghịch

t n

k a x

k k

=

+

VỚI

k

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP

PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH BẬC 1

.

1 ln

t n

k a x

k k

=

+

VỚI

k

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP

PHẢN ỨNG SONG SONG BẬC 1

Nồng độ sản phẩm của phản ứng song song luôn tỉ lệ với hằng số tốc độ

của các phản ứng song song hợp phần tương ứng

Muốn nâng cao hiệu suất sản phẩm của một phản ứng nào đó, cần tạo điều kiện thuận lợi để tăng cường hằng số tốc độ phản ứng đó và đồng thời làm giảm tốc độ của phản ứng khác.

1 2 1

max

ln ln

ln ( 1)

k k k

r

k

r t

k

Dựa vào các số liệu thực nghiệm, thay thế vào các số liệu đó vào các phương trình động học bậc 1 và bậc 2 để tính toán các giá trị hằng số tốc độ phản ứng.

Nếu hằng số tốc độ là như nhau theo pt động học bậc 1 BẬC 1

Nếu hằng số tốc độ là như nhau theo pt động học bậc 2 BẬC 2

Nếu hằng số tốc độ khác nhau BẬC 3 (Tìm phương pháp khác để xác định)

k

4.1.PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ

Nếu phản ứng bậc 1 thì ta có: 1 0

1 ln

C k

=

= − +

Vẽ đồ thị của lnC theo thời gian t

Nếu các điểm thực nghiệm nằm trên một đường thẳng thì phản ứng là bậc 1.Nếu phản ứng không phải là bậc 1, thì thử nghiệm theo phương trình động học phản ứng bậc 2, bậc 3,

( 1) ( a x ) n − = − n k t n + a n −

−

6.CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

k

Chu kỳ bán huỷ không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu BẬC 1

Chu kỳ bán huỷ phụ thuộc vào nồng độ ban đầu BẬC n khác 1

1

2

1 1

2

2 1 ( 1)

k

5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

1.PHƯƠNG TRÌNH ARRHERIUS

dT R T

k K

Với K là hằng số cân bằng của pứ

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

Phương trình ARRHERIUS

(biểu diễn sự hằng số tốc độ phản ứng

vào nhiệt độ

E:Năng lượng hoạt hoá

k k e = −

Hằng số tốc độ phản ứng tỉ lệ nghịch với năng lượng hoạt hoá

Hằng số tốc độ phản ứng tăng theo hàm số mũ với nhiệt độ

k

Ý NGHĨA CỦA NĂNG LƯỢNG HOẠT HOÁ

Là năng lượng dư tối thiểu cần thiết so với mức năng lượng trung bình để phân tử có thể thực hiện phản ứng hoá học

5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

những va chạm của các hạt có định hướng không gian mới thực hiện phản ứng

Tuy nhiên, giả thuyết này không được thừa nhận vì:

*Theo Arrhenius, hằng số tốc độ chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm số mũ.

*Thực nghiệm cho quá nhỏ không có ý nghĩa vật lý

.

v = σ z σ :Thừa số không gian hoặc xác

xuất thuận lợi hình học

X Trạng thái chuyển tiếp hay

phức chất hoạt động

A+B

C+D

τ

τ Thời gian tồn tại của phức

chất hoạt động

= =

6.CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

Hằng số vận tốc tại trạng

thái chuyển tiếp

Hằng số cân bằng tại trạng

thái chuyển tiếp

κ Hằng số Boltzman

k

CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

1.Giai đoạn hấp thụ photon, các phân tử chuyển từ

trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.

2.Giai đoạn quang hoá sơ cấp:các phân tử kích thích tham gia trực tiếp phản ứng

3 Giai đoạn quang hoá thứ cấp: các sản phẩm của gia đoạn sơ cấp tiếp tục tham gia phản ứng.

Phản ứng quang hoá có độ chọn lọc cao so với phản ứng nhiệt vì ánh sáng với bước sóng thích hợp có thể kích thích một phân tử hoặc một liên kết nhất định mà không ảnh hưởng đến các phân tử hay các liên kết

khác

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

:bước sóng ánh sáng

HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ

Hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hoá là tỉ số phân tử phản ứng N và số photon hấp thụ No trong đơn vị thời gian

0

N N

I N

hv

=

I: năng lượng bức xạ bị hấp thụ

hv:năng lượng photon

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

k

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Các giai đoạn của phản ứng dây chuyền

phân tử ban đầu để tạo ra sản phẩm phản ứng ổn định và một hoặc nhiều tiểu phân hoạt động mới.

Nếu trong một phản ứng nguyên tố, một tiểu phân hoạt động chỉ tạo ra một tiểu phân hoạt động mới thí chúng ta có phản ứng dây chuyền

không phân nhánh, nếu sinh ra hai hay nhiều tiểu phân hoạt động mới thì có phản ứng dây chuyền phân nhánh.

bằng số giai đoạn nối tiếp nhau Tuy nhiên, các tiểu phân bị mất hoạt tính và làm cho mạch không phát triển được nữa (hiện tượng ngắt

mạch).

k

*Phản ứng dây chuyền phân nhánh

Sơ đồ phản ứng dây chuyền phân nhánh

Nếu trong một phản ứng nguyên tố, một tiểu phân hoạt động chỉ tạo ra hai hay nhiều tiểu phân hoạt động mới gọi là phản ứng dây chuyền không phân nhánh

phân hoạt động mới gọi là phản ứng dây chuyền không phân nhánh

Tốc độ phản ứng tăng nhanh, có khi đột ngột khó

khống chế

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Sự nổ dây chuyền và sự nổ nhiệt

Giới hạn nổ dưới

Giới hạn nổ trên

Nổ nhiệt xảy ra do nhiệt phản ứng toả ra ko kịp giải thoát, nhiệt độ tăng đột biến, tốc độ phản ứng tăng đột ngột mà gây nổ

Nổ dây chuyền là sự tăng vô cùng các tiếu phân hoạt động