Bg hoa dai cuong vo co 1 phan 1 5133

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MƠN HỌC HĨA ĐẠI CƯƠNG VƠ CƠ Giảng viên biên soạn: VÕ NGỌC HÂN HỨA HỮU BẰNG Đơn vị: KHOA DƯỢC Hậu Giang – Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN BÀI GIẢNG MƠN HỌC Tên mơn học: Hóa đại cương vơ (Tên tiếng Anh:) Trình độ: Đại học Số tín chỉ: Giờ lý thuyết: 30 Giờ thực hành: Thông tin Giảng viên:  Tên Giảng viên: ĐỖ MINH KIỆP  Đơn vị: Khoa Dược  Điện thoại:  E-mail: dmkiep@vttu.edu.vn NỘI DUNG BÀI GIẢNG Điều kiện tiên Mục tiêu môn học - Sinh viên cần nắm vững khái niệm bản, số định luật hóa học - Sinh viên vận dụng học tốt nội dung học vào học phần Hóa sở ngành môn chuyên ngành liên quan Phương pháp giảng dạy: lý thuyết Đánh giá môn học 4.1 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên Gồm hai cột điểm: điểm kỳ điểm cuối kỳ, điểm cuối kỳ không nhỏ 4.2 Thang điểm đanh giá - Kiểm tra kỳ : đ - Thi cuối kỳ : đ Tài liệu tham khảo [1] Phan An (2007), Hóa đại cương, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Đức Chung (2006), Hóa học đại cương, NXBTrẻ Tp.HCM [3] Đào Đình Thức (1998), Hóa học đại cương, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Đề cương môn học Chương 1: Cấu tạo nguyên tử bảng hệ thống tuần hoàn Thành phần cấu tạo nguyên tử Những mẫu nguyên tử cổ điển 2.1 Mẫu Rơzơfo 2.2 Mẫu Bo Đặc tính hạt vi mô hay tiền đề học lượng tử 3.1 Bản chất sóng hạt vi mơ (electron, nguyên tử, phân tử) 3.2 Nguyên lý bất định (Haixenbec - Đức) Khái niệm học lượng tử 4.1 Hàm sóng 4.2 Obitan nguyên tử Mây electron 4.3 Hình dạng mây electron Quy luật phân bố electron nguyên tử 5.1 Nguyên lý ngoại trừ Pauli 5.2 Nguyên lý vững bền Cấu hình electron nguyên tử 5.3 Quy tắc Hun Cấu hình electron dạng lượng tử Hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học Chương 2: Liên kết hóa học cấu tạo phân tử Một số đại lượng có liên quan đến liên kết 1.1 Độ âm điện nguyên tố 1.2 Năng lượng liên kết 1.3 Độ dài liên kết 1.4 Độ bội liên kết 1.5 Góc liên kết 1.6 Độ phân cực liên kết Moomen lưỡng cực Những thuyết cổ điển liên kết 2.1 Quy tắc bát tử 2.2 Liên kết ion 2.3 Liên kết cộng hóa trị 2.4 Liên kết cho nhận 2.5 Liên kết hydro Thuyết liên kết hóa trị 3.1 Sự hình thành liên kết phân tử H2 3.2 Những luận điểm thuyết VB 3.3 Sự định hướng liên kết (liên kết  liên kết ) 3.4 Sự lai hóa AO liên kết 3.5 Hình học phân tử số hợp chất 3.6 Liên kết  không định cư Chương 3: Động hóa học Một số khái niệm 1.1 Tốc độ phản ứng 1.2 Phản ứng đơn giản phản ứng phức tạp Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng 2.1 Định luật tác dụng khối lượng 2.2 Bậc phân tử số phản ứng Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng 3.1 Quy tắc Van Hốp 3.2 Biểu thức Arêniux 3.3 Thuyết va chạm hoạt động lượng hoạt hóa Ảnh hưởng xúc tác đến tốc độ phản ứng 4.1 Một số khái niệm xúc tác 4.2 Cơ chế vai trò xúc tác 4.3 Một số đặc điểm xúc tác Cân hóa học 5.1 Phản ứng thuận nghịch-hằng số cân 5.2 Nguyên lý chuyển dịch cân Các phản ứng phức tạp 6.1 Phản ứng thuận nghịch 6.2 Phản ứng nối tiếp 6.3 Phản ứng di truyền 6.4 Phản ứng song song 6.5 Phản ứng liên hợp hay phản ứng kèm Chương 4: Đại cương dung dịch Định nghĩa phân loại dung dịch Nồng độ dung dịch 2.1 Nồng độ phần trăm 2.2 Nồng độ mol/lít 2.3 Nồng độ đương lượng 2.4 Nồng độ molan 2.5 Nồng độ phân mol Áp suất thẩm thấu dung dịch 3.1 Hiện tượng thẩm thấu 3.2 Áp suất thẩm thấu Nhiệt độ sôi nhiệt độ đông đặc dung dịch 4.1 Áp suất dung dịch 4.2 Nhiệt độ sôi dung dịch 4.3 Nhiệt độ đông đặc dung dịch 4.4 Định luật Raoult Áp suất thẩm thấu, nhiệt độ sôi nhiệt độ đông đặc dung dịch điện ly Chương 5: Dung dịch chất điện ly Một số khái niệm đại lượng dung dịch chất điện ly 1.1 Thuyết điện ly Arrehnius 1.2 Hằng số điện ly 1.3 Độ điện ly 1.4 Sự điện ly nước, tích số ion nước – pH 1.5 Chất thị pH Axit bazơ 2.1 Thuyết axit bazo Bronsted 2.2 Thuyết Lewis 2.3 Sự điện ly axit bazo nước 2.4 pH dung dịch axit mạnh, bazo mạnh 2.5 pH dung dịch axit yếu 2.6 pH dung dịch bazo yếu Sự điện ly axit yếu hay bazo yếu nhiều nấc 4.pH dung dịch muối Dung dịch đệm 5.1 Định nghĩa 5.2 Thành phần dung dịch đệm chế tác dụng đệm 5.3 pH dung dịch đệm Dung dịch chất điện ly mạnh tan, tích số tan Chương 6: Điện hóa học Phản ứng oxy hóa – khử 1.1 Định nghĩa 1.2 Cân phản ứng oxy hóa – khử 1.3 Thế oxy hóa khử chiều hướng phản ứng Pin hay nguyên tố Ganvanic 2.1 Pin Danien Iacobi 2.2 Sự xuất điện cực 2.3 Công thức Nec 2.4 Sức điện động pin Chương 7: Nhiệt động hóa học Nguyên lý thứ nhiệt động học, nhiệt hóa học 1.1 Nội dung nguyên lý 1.2 Nhiệt hóa học 1.2.1 Khái niệm entanpi 1.2.2 Những định luật nhiệt hóa học Nguyên lý thứ hai nhiệt động học – lượng tự 2.1 Nội dung nguyên lý 2.2 Năng lượng tự Năng lượng tự phản ứng hóa học Nội dung giảng chi tiết CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC Nguyên tử Nguyên tử hạt nhỏ cấu tạo nên chất chia nhỏ phương pháp hóa học Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học khái niệm để loại nguyên tử Một nguyên tố hóa học biểu thị kí hiệu hóa học Ví dụ: ngun tố oxi O, canxi Ca, lưu huỳnh S Phân tử Phân tử tạo thành từ nguyên tử, hạt nhỏ chất mang đầy đủ tính chất chất Ví dụ: Phân tử nước H2O gồm nguyên tử hidro nguyên tử oxi, phân tử Clo Cl gồm nguyên tử clo, phân tử metan CH4 gồm nguyên tử cacbon nguyên tử hidro Chất hóa học Chất hóa học khái niệm để loại phân tử Một chất hóa học biểu thị cơng thức hóa học Ví dụ: muối ăn NaCl, nước H2O, nitơ N2, sắt Fe Khối lượng nguyên tử Đó khối lượng nguyên tử nguyên tố Khối lượng nguyên tử tính đơn vị cacbon (đvC) Một đvC 1/12 khối lượng nguyên tử cacbon (12 C) Ví dụ: khối lượng nguyên tử oxi 16 đvC, Na = 23 đvC Khối lượng phân tử Đó khối lượng phân tử chất Khối lượng phân tử tính đvC Ví dụ: khối lượng phân tử N2 = 28 đvC, HCl = 36,5 đvC Mol Đó lượng chất chứa N = 6,02 1023 phần tử vi mô (phân tử nguyên tử, ion electron ) N gọi số Avogađro số nguyên tử C có 12 gam 12C Khối lượng mol nguyên tử, phân tử, ion Đó khối lượng tính gam mol nguyên tử (phân tử hay ion ) Về số trị trị số khối lượng nguyên tử (phân tử hay ion) Ví dụ: khối lượng mol nguyên tử hidro gam, phân tử nitơ 28 gam, H2SO4 98 gam Hóa trị Hóa trị nguyên tố số liên kết hóa học mà nguyên tử nguyên tố tạo với nguyên tử khác phân tử Mỗi liên kết biểu thị gạch nối hai nguyên tử Hóa trị biểu thị chữ số La Mã Nếu qui ước hóa trị hidro hợp chất (I) hóa trị oxi H2O (II), nitơ NH3 (III) Dựa vào hóa trị (I) hidro hóa trị (II) oxi biết hóa trị nhiều ngun tố khác Ví dụ: Ag, kim loại kiềm (hóa trị I); Zn, kim loại kiềm thổ (II); Al (hóa trị III); khí trơ (hóa trị 0); Fe (II, III); Cu (I, II); S (II, IV, VI) 10 Số oxi-hóa Số oxi-hóa qui ước điện tích nguyên tử phân tử giả định cặp electron dùng để liên kết với nguyên tử khác phân tử chuyển hẳn nguyên tử có độ điện âm lớn Để tính số oxi-hóa ngun tố, cần lưu ý: • Số oxi-hóa số dương, âm, số lẻ; • Số oxi-hóa nguyên tố đơn chất 0; • Một số ngun tố có số oxi-hóa khơng đổi điện tích ion - H, kim loại kiềm có số oxi-hóa +1 (trong NaH, H có số oxi-hóa -1) - Mg kim loại kiềm thổ có số oxi-hóa +2 - Al có số oxi hóa +3; Fe có hai số oxi hóa +2 +3 - O có số oxi-hóa -2 (trong H2O2 O có số oxi-hóa -1) • Tổng đại số số oxi-hóa nguyên tử phân tử CHƯƠNG 2: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ • Khái niệm nguyên tử "atom" (không thể phân chia) nhà triết học cổ Hy Lạp đưa cách hai nghìn năm Tuy nhiên đến kỉ 19 xuất giả thuyết nguyên tử phân tử • Năm 1861 thuyết nguyên tử, phân tử thức thừa nhận Hội nghị hóa học giới họp Thụy Sĩ • Chỉ đến cuối kỉ 19 đầu kỉ 20 với thành tựu vật lí, thành phần cấu tạo nên nguyên tử phát Thành phần cấu tạo nguyên tử Về mặt vật lí, nguyên tử khơng phải hạt nhỏ mà có cấu tạo phức tạp, gồm hạt nhân electron Trong hạt nhân nguyên tử có hai hạt bản: proton nơtron - Khối lượng e ≈ 1/1840 khối lượng p - Điện tích e điện tích nhỏ lấy làm đơn vị điện tích, ta nói electron mang điện tích -1, cịn proton mang điện tích dương +1 - Nếu hạt nhân nguyên tử nguyên tố có Z proton điện tích hạt nhân +Z ngun tử phải có Z electron, ngun tử trung hịa điện - Trong bảng tuần hồn, số thứ tự nguyên tố số điện tích hạt nhân hay số proton hạt nhân nguyên tử nguyên tố Những mẫu nguyên tử cổ điển 2.1 Mẫu Rơzơfo (Anh) 1911 Từ thực nghiệm Rơzơfo đưa mẫu nguyên tử hành tinh sau: - Nguyên tử gồm hạt nhân electron quay xung quanh giống hành tinh quay xung quanh mặt trời (hình 1) - Hạt nhân mang điện tích dương, có kích thước nhỏ so với kích thước nguyên tử lại chiếm toàn khối lượng nguyên tử C có lai hóa sp3 obitan lai hóa xen phủ với 4AO s H tạo liên kết σ Hình học phân tử có dạng tứ diện Góc liên kết 109o28' NH3 Amoniac N có lai hóa sp3 obitan lai hóa xen phủ với 3AO s H tạo liên kết σ Hình học phân tử có dạng chóp Góc liên kết 107o18' H2 O Nước O có lai hóa sp3 obitan lai hóa xen phủ với 2AO s H tạo liên kết σ Hình học phân tử có dạng góc Góc liên kết 104o30' 3.6 Liên kết π không định cư Phân tử benzen có cấu trúc thấy hình Cả ngun tử C có lai hóa sp Mỗi C tạo liên kết σ với C bên cạnh liên kết σ với H Các obitan p cịn lại (có trục vng góc với mặt phẳng liên kết σ) xen phủ với liên kết π Như electron giải tỏa nguyên tử C Người ta gọi liên kết liên kết π không định cư Một cách tương tự thấy phân tử butadien (hình 10) Các liên kết π không định cư mô tả dấu chấm thay cho gạch Câu hỏi tập: Theo qui tắc bát tử, biểu diễn liên kết phân tử ion sau đây: H 2O; NH3; NH4+; CO2; SO2; SO3; HNO2; HNO3; H2SO4 Sự phân loại liên kết dựa vào độ điện âm Cho ví dụ nêu điều kiện, trình hình thành liên kết ion, liên kết cộng, liên kết cho nhận Điều kiện hình thành liên kết hidro, so sánh lượng liên kết ion liên kết cộng Nêu vài ví dụ cho thấy ảnh hưởng liên kết hidro đến tính chất vật lý chất Hãy nêu luận điểm thuyết liên kết hóa trị (VB) Cho ví dụ, đặc điểm liên kết π liên kết σ So sánh giải thích độ bền hai liên kết Lai hóa gì? Đặc điểm đám mây lai hóa sp; sp2; sp3 Cho ví dụ nguyên tử có lai hóa Hình học phân tử sơ đồ xen phủ đám mây electron phân tử: H2; O2; N2; HCl; CO2; CH4; NH3; H2O Trong phân tử (ở câu b) C; N; O; S có kiểu lai hóa gì? Hình học phân tử phân tử butadien, benzen Cho biết cách biểu diễn chúng cơng thức: CH2 = CH - CH = CH2; Có xác khơng? Tại sao? CHƯƠNG 4: ĐỘNG HĨA HỌC Động hóa học nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ như: nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, chất xúc tác Trên sở cho phép tìm hiểu chế phản ứng Một số khái niệm 1.1 Tốc độ phản ứng Nếu ta có phản ứng hóa học: A→B tốc độ trung bình phản ứng xác định biến thiên nồng độ chất tham gia hay chất sản phẩm phản ứng đơn vị thời gian 1.2 Phản ứng đơn giản phản ứng phức tạp * Phản ứng đơn giản: phản ứng diễn giai đoạn (một tương tác) Ví dụ: CH3-N=N-CH3 → CH3-CH3 + N2 (1) H2 + I2 → 2HI (2) 2NO + O2 → 2NO2 (3) Mỗi phản ứng gọi phản ứng sở * Phản ứng phức tạp: phản ứng bao gồm nhiều phản ứng sở phản ứng thuận nghịch, phản ứng nối tiếp Để xác định chế phản ứng cần phải biết toàn phản ứng sở phản ứng phức tạp Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng 2.1 Định luật tác dụng khối lượng Xuất phát từ quan điểm cho muốn có phản ứng xảy phân tử hay nguyêntử phản ứng phải va chạm vào nhau, số va chạm lớn tốc độ phản ứng lớn mà số va chạm lại phụ thuộc vào nồng độ Vào năm 1864 - 1867, Guynbec Oagơ (Na Uy) nêu định luật có nội dung sau: "Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ chất tham gia phản ứng với lũy thừa xác định" Nếu có phản ứng: aA + bB → pP theo định luật ta có: v = k [A]m [B]n (1) Các lũy thừa m, n xác định đường thực nghiệm Trong trường hợp phản ứng đơn giản, trùng với hệ số A B phương trình phản ứng Ví dụ: Đối với phản ứng (1), (2), (3) trên, ta có: v = k1 [C2H6N2] v = k2 [H2] [I2] v = k3 [NO]2 [O2] Trong phương trình định luật tác dụng khối lượng (phương trình 1): [A], [B]: nồng độ chất A B tính mol/l k: số tốc độ phản ứng Nếu [A] = 1, [B] = 1, v = k Như k tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng đơn vị Vì k cịn gọi tốc độ riêng phản ứng Giá trị k không phụ thuộc vào nồng độ, phụ thuộc vào nhiệt độ chất chất phản ứng 2.2 Bậc phân tử số phản ứng Trong động hóa học, phản ứng phân loại theo bậc phân tử số * Bậc phản ứng: Bậc phản ứng tổng số mũ nồng độ viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng, tức m + n Ví dụ: Các phản ứng (1), (2), (3) tương ứng phản ứng bậc 1, 2, Bậc phản ứng số nguyên phân số (thường phản ứng phức tạp) * Phân tử số phản ứng: Sự phân loại phản ứng theo phân tử số liên quan trực tiếp với chế thực phản ứng Phân tử số số tiểu phân (phân tử, nguyên tử hay ion) đồng thời tương tác với phản ứng đơn giản Vì phân tử số số ngun Ví dụ: Trong phản ứng: CH3-N=N-CH3 → CH3-CH3 + N2 tham gia vào tương tác có phân tử Vì phản ứng có phân tử số hay phản ứng đơn phân tử Trong phản ứng: H2 + I2 → 2HI để tạo thành sản phẩm hai phân tử H2 I2 phải đồng thời tham gia vào tương tác, phản ứng có phân tử số hai hay phản ứng lưỡng phân tử Những phản ứng có phân tử số hay cao thường gặp xác suất để đồng thời phân tử phản ứng với nhỏ Lưu ý: Trong phản ứng đơn giản bậc phản ứng thường trùng với phân tử số Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng cho phép tìm hiểu chất tương tác hóa học đồng thời tìm chế độ nhiệt tối ưu cho phản ứng hóa học Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng theo cách khác Dạng đường cong (1a) phổ biến phản ứng hóa học Dạng đường cong (1b) thường gặp phản ứng có liên quan đến hợp chất sinh học protein enzym Với protein, trạng thái tự nhiên, tốc độ tăng theo nhiệt độ Nhưng đạt đến nhiệt độ chúng bị biến tính, hiệu xúc tác tốc độ phản ứng giảm Nhưng nói chung tốc độ đa số phản ứng hóa học tăng lên tăng nhiệt độ Ảnh hưởng tuân theo số qui tắc sau 3.1 Qui tắc Van Hốp "Khi nhiệt độ phản ứng tăng lên 10o số tốc độ phản ứng (cũng tốc độ phản ứng) tăng lên từ đến lần" kT+10 : số tốc độ nhiệt độ T + 10o kT : số tốc độ nhiệt độ T γ : gọi hệ số nhiệt độ phản ứng Trong trường hợp tổng quát, biểu thức định luật Van Hốp có dạng: Ví dụ: Một phản ứng có hệ số nhiệt độ γ = Hỏi tăng nhiệt độ lên 40o tốc độ phản ứng tăng lên lần Giải: Theo qui tắc Van Hốp, ta có: 3.2 Biểu thức Arêniux Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng biểu thị cách xác áp dụng khoảng nhiệt độ rộng qua biểu thức Arêniux: R : số khí, có giá trị 1,98 cal/mol.K B : số E : số phản ứng xác định, nghĩa phụ thuộc vào chất chất phản ứng E gọi lượng hoạt hóa phản ứng Từ biểu thức Arêniux, ta thấy nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng Mặt khác, phản ứng có lượng hoạt hóa lớn diễn với tốc độ nhỏ 3.3 Thuyết va chạm hoạt động lượng hoạt hóa * Thuyết va chạm Để nguyên tử hay phân tử phản ứng với chúng phải va chạm vào Do tốc độ phản ứng tăng lên số va chạm (hay tần số va chạm) tăng Thuyết va chạm khơng giải thích khác biệt lớn kết tính tốn lý thuyết kết thực nghiệm Ví dụ: Theo tính tốn nhiệt độ tăng 10o, số va chạm tăng ~ 2% nghĩa tốc độ tăng ~ 2% thực tế theo qui tắc Van Hốp tốc độ phản ứng lại tăng 200% Điều khơng thể giải thích dựa vào số va chạm đơn * Thuyết va chạm hoạt động (hay thuyết hoạt hóa) lượng hoạt hóa Thuyết cho khơng phải va chạm mà va chạm nguyên tử hay phân tử hoạt động (gọi va chạm hoạt động) dẫn đến phản ứng Các nguyên tử hay phân tử hoạt động nguyên tử hay phân tử có lượng dư đủ lớn so với lượng trung bình chúng Năng lượng tối thiểu mà mol chất phản ứng cần phải có để chuyển phân tử chúng từ trạng thái không hoạt động trở thành hoạt động gọi lượng hoạt hóa phản ứng Các phân tử A B cần phải hoạt hóa thành A* B*, tạo thành hợp chất trung gian hoạt động AB* cuối phân hủy để tạo sản phẩm P Như để phản ứng với nhau, phân tử chất phản ứng dường phải vượt qua hàng rào lượng Đó lượng hoạt hóa phản ứng (hình 2) Nếu lượng hoạt hóa nhỏ tốc độ phản ứng lớn Vì xét khả phản ứng, người ta thường dùng đại lượng để so sánh * Xác định lượng hoạt hóa phản ứng: Bằng thực nghiệm xác định số tốc độ phản ứng hai nhiệt độ khác T1, T2, ta có: Ví dụ: Xác định lượng hoạt hóa phản ứng biết khoảng nhiệt độ từ 17 đến 27oC phản ứng có hệ số nhiệt độ γ = 2,8 Giải: T1 = 17 + 273 = 290oK T2 = 27 + 273 = 300oK Ảnh hưởng xúc tác đến tốc độ phản ứng 4.1 Một số khái niệm xúc tác Xúc tác tượng làm tăng tốc độ phản ứng có mặt chất đặc biệt, gọi chất xúc tác, chất sau tham gia vào phản ứng hoàn trở lại lượng chất Thường xúc tác chia thành loại: * Xúc tác đồng thể: chất phản ứng chất xúc tác tạo thành pha đồng khí lỏng Ví dụ: Trong xúc tác đồng thể, phản ứng xảy tồn thể tích hệ phản ứng (trong không gian ba chiều), tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ chất xúc tác * Xúc tác dị thể: Các chất phản ứng chất xúc tác tạo thành hệ dị thể (không đồng nhất) Trong xúc tác dị thể, phản ứng diễn bề mặt chất xúc tác (trong không gian hai chiều) Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với bề mặt chất xúc tác * Xúc tác enzym (xúc tác men) Ví dụ: Enzym chất xúc tác sinh học - chất xúc tác thể sống, có chất protein 4.2 Cơ chế vai trò xúc tác Phản ứng có xúc tác thường diễn qua nhiều giai đoạn trung gian (tạo hợp chất trung gian) Ví dụ phản ứng hai chất A B có mặt chất xúc tác K K A + B  C+D diễn sau: Trước hết chất phản ứng phản ứng với chất xúc tác tạo hợp chất trung gian [AK]*, sau hợp chất lại phản ứng tiếp với chất phản ứng thứ hai tạo hợp chất trung gian [ABK]* Cuối [ABK]* phân hủy tạo sản phẩm hoàn trả lại chất xúc tác A + K → [AK]* [AK]* + B → [ABK]* [ABK]* → C + D + K Các hợp chất trung gian (có dấu sao) thường có lượng cao, không bền, tồn khoảng thời gian ngắn tiến trình phản ứng xúc tác Như vậy, có mặt chất xúc tác làm cho phản ứng diễn qua số phản ứng trung gian có lượng hoạt hóa thấp so với phản ứng khơng có xúc tác (hình 4) làm tăng tốc độ phản ứng Thơng thường lượng hoạt hóa nhiều phản ứng nằm giới hạn sau: Các phản ứng xúc tác enzym có lượng hoạt hóa thấp nhiều so với phản ứng khơng có xúc tác có xúc tác vơ Do làm cho phản ứng thể diễn vơ nhanh chóng Ví dụ phản ứng phân hủy hidro peoxit 2H2O2 → 2H2O + O2 khơng có xúc tác địi hỏi lượng hoạt hóa 35,96 Kcal/mol Khi có xúc tác platin E = 24,02 Kcal/mol, xúc tác enzym catalaza cần lượng hoạt hóa 14 Kcal/mol 4.3 Một số đặc điểm xúc tác - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng mà gây phản ứng Điều có nghĩa phản ứng khơng có khả xảy xét tiêu chuẩn nhiệt động học khơng thể tìm chất xúc tác cho - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận lần làm tăng tốc độ phản ứng nghịch nhiêu lần - Chất xúc tác có tính chọn lọc Một chất xúc tác thường xúc tác cho phản ứng loại phản ứng định Tính chọn lọc thể đặc biệt rõ enzym, người ta thường nói enzym có tính đặc hiệu cao - Một lượng nhỏ chất xúc tác xúc tác cho lượng lớn chất phản ứng Sở dĩ vì, nguyên tắc, xúc tác không bị thay đổi sau phản ứng Cân hóa học 5.1 Phản ứng thuận nghịch - số cân Phản ứng thuận nghịch phản ứng diễn theo hai chiều: Tốc độ phản ứng thuận: vt = k1 [A] [B] Tốc độ phản ứng nghịch: = k2 [C] [D] Trong trình phản ứng, tốc độ phản ứng thuận giảm dần, tốc độ phản ứng nghịch tăng dần Khi vt = người ta nói phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng: k1 [A]' [B]' = k2 [C]' [D]' Từ rút ra: Như K tỉ số tích số nồng độ chất sản phẩm phản ứng tích số nồng độ chất tham gia phản ứng, gọi số cân phản ứng K đại lượng đặc trưng cho cân bằng, K có giá trị lớn chứng tỏ cân chuyển nhiều theo chiều thuận 5.2 Nguyên lý chuyển dịch cân Lơ Satơlie "Khi điều kiện tồn cân như: nồng độ, nhiệt độ, áp suất bị thay đổi cân chuyển dịch theo chiều chống lại tác dụng thay đổi đó" Khi cân thiết lập ta thêm vào hệ tinh thể KCl nhận thấy màu nhạt Điều chứng tỏ cân chuyển dịch theo chiều nghịch tức chiều làm giảm bớt nồng độ KCl Ngược lại, màu đỏ đậm lên ta thêm KSCN hay FeCl3, chứng tỏ cân chuyển dịch theo chiều thuận để làm giảm nồng độ chất thêm vào Phản ứng theo chiều thuận tỏa nhiệt làm cho hệ nóng lên đồng thời lại tạo số phân tử làm giảm áp suất hệ Vì giảm nhiệt độ (làm lạnh hệ phản ứng) cân chuyển dịch theo chiều thuận chiều tỏa nhiệt Nếu tăng áp suất (ví dụ cách nén hệ) cân phải chuyển dịch theo tạo số phân tử hơn, tức chiều thuận Trong tổng hợp amoniac, để tăng hiệu suất phản ứng,người ta thường thực áp suất cao nhiệt độ tương đối thấp Các phản ứng phức tạp Các phản ứng phức tạp phản ứng diễn qua nhiều giai đoạn hay gồm nhiều phản ứng thành phần (hay phản ứng sở) 6.1 Phản ứng thuận nghịch Gồm hai phản ứng thành phần: phản ứng thuận phản ứng nghịch Khi vt = phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân Ở trạng thái cân bằng, nồng độ chất không thay đổi 6.2 Phản ứng nối tiếp Phản ứng diễn theo giai đoạn nối tiếp Phản ứng nối tiếp có dạng: Trong B sản phẩm trung gian Ví dụ: Phản ứng thủy phân trisacarit C18H32O16 C18H32O16 + H2O → C12H22O11 + C6H12O6 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 glucoza fructoza Tốc độ phản ứng nối tiếp tốc độ phản ứng chậm phản ứng thành phần 6.3 Phản ứng dây chuyền Phản ứng dây chuyền có liên quan đến xuất gốc tự Gốc tự nguyên tử hay nhóm nguyên tử có electron chưa cặp đơi, ví dụ: Vì người ta gọi phản ứng dây chuyền phản ứng gốc tự Ví dụ: Phản ứng hidro clo tác dụng ánh sáng trực tiếp: Một phản ứng gốc tự thường có ba giai đoạn: khơi mào, phát triển mạch, ngắt mạch hay dập tắt Giai đoạn ngắt mạch kết phản ứng gốc tự 6.4 Phản ứng song song Từ chất ban đầu phản ứng diễn theo số hướng để tạo sản phẩm khác Ví dụ: Khi nitro hóa phenol, ta thu đồng thời ba sản phẩm khác nhau: orto-, para meta - nitrophenol 6.5 Phản ứng liên hợp hay phản ứng kèm A + B → C + D (1) Phản ứng sinh lượng, tự xảy E + F → G + H (2) Phản ứng cần lượng, không tự xảy Phản ứng (1) gọi liên hợp với phản ứng (2) tiến hành cung cấp lượng làm cho phản ứng (2) xảy Ví dụ: Sự tổng hợp glucoza-6-photphat (G6P) thể thực liên hợp hai phản ứng: Acginin photphat + H2O → Acginin + H3PO4 sinh lượng Glucoza + H3PO4 → G6 P + H O cần lượng Khi liên hợp, phản ứng tổng cộng là: Acginin photphat + Glucoza → G6P + Acginin Câu hỏi tập: 5.1 Nồng độ chất phản ứng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nào? Hãy phát biểu viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng Bậc phản ứng gì? 5.2 Phân biệt bậc phản ứng phân tử số phản ứng 5.3 Phản ứng 2NO + O2 → 2NO2 phản ứng đơn giản Tốc độ phản ứng thay đổi khi: Tăng nồng độ O2 lên lần 5.4 Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, thể qua biểu thức qui tắc nào? 5.5 Một phản ứng có hệ số nhiệt độ γ = 3,1 Hỏi tăng nhiệt độ thêm 40o, tốc độ phản ứng tăng lên lần? 5.6 Hệ số nhiệt độ phản ứng Hỏi phải tăng nhiệt độ lên độ để tốc độ phản ứng tăng lên 243 lần? 5.7 Trình bày nội dung thuyết hoạt hóa Năng lượng hoạt hóa phản ứng gì? 5.8 Tại có mặt chất xúc tác lại làm tăng tốc độ phản ứng Vẽ giải thích giản đồ lượng phản ứng có khơng có mặt chất xúc tác 5.9 Hằng số cân phản ứng gì? Hãy phát biểu minh họa nguyên lý chuyển dịch cân qua ví dụ 5.10 Các cân sau chuyển dịch tăng nhiệt độ, tăng áp suất: a) N2 + O2 ↔ 2NO - Q b) 2CO + 2H2 ↔ CH4 + CO2 + Q c) CaO + CO2 ↔ CaCO3 + Q d) N2O4 ↔ 2NO2 – Q 5.11 Thế phản ứng thuận nghịch, phản ứng nối tiếp? Cho ví dụ 5.12 Cho ví dụ phản ứng dây chuyền Những giai đoạn phản ứng dây chuyền