Chương V: Thuyết va chạm hoạt động đơn giản

Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nổ, tốc độ ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tuy nhiên khi nhiệt độ đạt điểm tới hạn, điểm cháy/nổ, tốc độ phản ứng sẽ tăng vọt.. Hình 3.1C là trường hợp các phả

Nhi t đ ệ ộ

Thông th ườ ng khi T tăng, v tăng Vì sao?⇒

2 nh h Ả ưở ng c a t t i vp ủ ớ ứ

Hình 3.1A, đó là trường hợp tốc độ tăng theo hàm mũ

khi nhiệt độ tăng

Hình 3.1B, đó là trường hợp ứng với các chất cháy

nổ Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nổ, tốc độ ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tuy nhiên khi nhiệt độ đạt điểm tới hạn, điểm cháy/nổ, tốc độ phản ứng sẽ tăng vọt

Hình 3.1C là trường hợp các phản ứng giữa các hạt rất hoạt động, trường hợp các phản ứng sinh học, thường do xúc tác enzim, khi nhiệt độ tới ngưỡng, tốc độ sẽ giảm

Theo Van’t Hoft: Hầu hết tốc độ của các

phản ứng tăng theo nhiệt độ, cứ tăng

nhiệt độ lên 10 độ thì tốc độ tăng lên từ

1

1

t t T

T

k v

v = k = γ −

VD 1 Một phản ứng kết thúc ở 2000C sau 0,164 phút, còn ở 800C để kết thúc phản ứng cần 162,76 giờ Tính hệ số nhiệt độ của phản ứng.

2 2

T T

v

v t

=

916 ,

0 164

, 0

60 76 ,

162 ln

80 200

10 ln

10 ln

2

1 1

T

γ

k = Ae−

d[A]

= k.[A].[B] dt

−

E RT

k = Ae−

Vẽ đồ thị lnk theo 1/T, có dạng đường thẳng, hệ số góc là

2.4 XA C ĐINH NĂNG L ́ ̣ ƯỢ NG HOAT HOA ̣ ́

Để chính xác hơn, người ta xác định k ở nhiều nhiệt độ khác nhau

E lnk lnA

RTa

Như vậy, để xác định Ea cần làm các thí nghiệm

trong khoảng nhiệt độ đủ lớn nhưng không lớn quá

Ví dụ, nếu T = 300 K, ta thu được giá trị 1/T = 0,00333 K-1 Nếu T = 305 K, 1/T = 0,00328 K-1

⇒ thông thường khoảng nhiệt độ thực hiện các thí nghiệm xác định năng lượng hoạt hoá phải khoảng ít nhất là 20 – 25o với 5 số liệu k thực nghiệm trở lên.

2.4 XA C ĐINH NĂNG L ́ ̣ ƯỢ NG HOAT HOA ̣ ́

Trong thực tế, hàm chỉ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định

E lnk lnA

RTa

Ví dụ : xác định năng lượng hoạt hoá của phản ứng (J/mol) Vận tốc phản ứng được nghiên cứu tại hai nhiệt độ khác nhau, cho kết quả hằng số vận tốc:

Nhiệt độ (C) Hằng số vận tốc (M/s) 25

50

1,55 x 10-4 3,88 x 10-4

R

Ea 1 1

T1 T2

k1 k2

Ea

T1 = 25 + 273 = 298 K T2 = 50 + 273 = 323 K

Ea = 2,94 x 104 J/mol

V n d ng ậ ụ

Ph n ng đ ng th , đ n gi n, ả ứ ồ ể ơ ả

l ưỡ ng phân t c a h khí lý t ử ủ ệ ưở ng

Hai lý thuy t nh h ế ả ưở ng c a nhi t đ t i ủ ệ ộ ớ

t c đ ph n ng ng ố ộ ả ứ ườ i ta th ườ ng d a trên ự hai h c thuy t: ọ ế

Thuy t va ch m ho t đ ng ế ạ ạ ộ

Thuy t ph c ch t ho t đ ng ế ứ ấ ạ ộ

14

3 Thuy t va ch m ho t đ ng ế ạ ạ ộ

 Thuy t va ch m ho t đ ng (Collision theory) ế ạ ạ ộ

kh ng đ nh r ng các nguyên t , phân t hay ion ẳ ị ằ ử ử

ph i va ch m ả ạ v i nhau đ có th ớ ể ể gây ra ph n ả ng

ứ :

3.1 N i dung ộ

3 Thuy t va ch m ho t đ ng ế ạ ạ ộ

1. Vật chất được xem như những vi hạt chuyển động và chúng va chạm với nhau.

2 Khi nhiệt độ tăng các hạt này sẽ chuyển động nhan hơn, va chạm thường xuyên hơn và với năng lượng lớn hơn.

3 Trong phản ứng hóa học, các liên kết cũ sẽ bị phá vỡ để hình thành liên kết mới.

4 Năng lượng hình thành liên kết mới

lấy từ năng lượng của va chạm.

5 Các va chạm phải đúng hướng và chỉ va chạm có năng lượng đủ lớn

mới gây ra phản ứng

6 Trên giản đồ năng lượng diện tích phần dưới đồ thị biểu diễn số lượng hạt có cùng năng lượng va cham.

3 Thuy t va ch m ho t đ ng ế ạ ạ ộ

3.2 Tính s va ch m ố ạ

Xét trường hợp có một quả cầu A đứng yên, nB quả cầu

B chuyển động về phía A với vận tốc trung bình u

Với ZAB = u × σAB × nA × nB

σAB = π (rA+ rB)2 là thiết diện va chạm

3.2 Tính s va ch m ố ạ

Trong trường hợp phản ứng A + A → sản phẩm

Ví dụ: Xét 1 cm3 khí H2 ở 1 atm và

300 K, H2 có đường kính va chạm là 0,21 nm (=2,1.10-8 cm) ta tính được tần số va chạm bằng khoảng

Phản ứng XY + Z → X + YZ

theo thuyết va chạm hoạt động

3.2 Tính s va ch m ố ạ

Do đó phải xét tới phần (F) - các phân tử có năng lượng

từ Ea trở lên – là phần diện tích phía dưới đường cong

Tính tích phân F, ta có:

AB

1 2 2

F e = −

*

2 2

EOS

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

( ∆ H = E*t –E*n )

E*t> E*n → ∆H > 0 CO+NO2 ↔ CO2+NO

→ năng lượng hoạt hoá

→ định hướng kgian

4 Thuy t ph c ch t ho t đ ng ế ứ ấ ạ ộ

R

S RT

E* *

e Ze

k

∆

−

=

Ze A

∆

=

R

S RT

e Ze

k

∆

−

=