NGHIÊN cứu ĐỘNG học PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHYDRID ACETIC và ANHYDRID PROPIONIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP đo độ dẫn điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ------ NGUYỄN THỊ LAN NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHYDRID ACETIC VÀ ANHYDRID PROPIONIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- -

NGUYỄN THỊ LAN NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHYDRID ACETIC VÀ ANHYDRID

PROPIONIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP

ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Chuyên Ngành: CỬ NHÂN HÓA HỌC

CẦN THƠ − 2011

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Luận văn Tốt nghiệp với đề tài:

“NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHYDRID ACETIC VÀ ANHYDRID PROPIONIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN”

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ LAN

Chuyên ngành: CỬ NHÂN HÓA HỌC

Kính chuyển lên Hội đồng chấm Luận văn Tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2011

Cán bộ hướng dẫn

Trang 4

Hội đồng chấm Luận văn Tốt nghiệp đã phê duyệt luận văn với đề tài:

“NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHYDRID ACETIC VÀ ANHYDRID PROPIONIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN”

Do sinh viên Nguyễn Thị Lan chuyên ngành Cử Nhân Hóa khóa 33 thực hiện và báo cáo trước Hội đồng vào ngày tháng năm 2011

Cần Thơ, ngày….tháng ….năm 2011

Xác nhận của Khoa Chủ tịch Hội đồng

Khoa Học Tự Nhiên

Trang 5

Năm học 2007- 2011

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Tôi tên là: Nguyễn Thị Lan, tác giả của Luận văn xin xác nhận Luận văn đã được

chỉnh sửa hoàn chỉnh theo những ý kiến và góp ý của các Phản biện và các thành viên Hội đồng chấm Bảo vệ luận văn đại học

Trang 6

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN HÓA HỌC - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: Th.S VÕ HỒNG THÁI

2 Đề tài: “Nghiên Cứu Động Học Phản Ứng Thủy Phân Anhydrid Acetic và

Anhydrid Propionic Bằng Phương Pháp Đo Độ Dẫn Điện”

3 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ LAN

b Nhận xét về nội dung của LVTN

* Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

Trang 7

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN HÓA HỌC - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1 Cán bộ phản biện:

2 Đề tài: “Nghiên Cứu Động Học Phản Ứng Thủy Phân Anhydrid Acetic và

Anhydrid Propionic Bằng Phương Pháp Đo Độ Dẫn Điện”

3 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ LAN

b Nhận xét về nội dung của LVTN

* Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

Trang 8

LỜI CẢM ƠN

- -

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn tất cả Thầy, Cô Trường Đại Học Cần Thơ những người đã hết lòng truyền đạt cho em những kiến thức quý báu và bổ ích trong những năm học vừa qua

Em chân thành cảm ơn Thầy VÕ HỒNG THÁI, Thầy NGUYỄN VĂN ĐẠT,

giảng viên Bộ Môn Hóa Học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên – Trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình em thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em cũng xin cảm ơn Thầy, Cô Khoa Khoa học Tự nhiên, những người đã đào tạo kiến thức đại cương cũng như chuyên ngành hết sức quan trọng và cần thiết để em có thể hoàn thành tốt công việc cũng như có thể tiếp cận với những kiến thức mới sau này

Cuối cùng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến gia đình và tất cả bạn bè đã luôn động viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Do hạn chế về kiến thức cùng một số vấn đề về trang thiết bị nên đề tài không tránh khỏi những sai sót Do đó rất mong được sự chỉ dạy của Thầy, Cô và sự đóng góp chân thành của các bạn

Xin chân thành cảm ơn!!!

Trang 9

MỤC LỤC

- -

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 ANHYDRID 2

1.1.1 Anhydrid acetic 2

1.1.1.1 Cấu trúc phân tử 2

1.1.1.2 Tính chất vật lý 2

1.1.1.3 Tính chất hóa học 2

1.1.1.4 Điều chế: 3

1.1.1.5 Ứng dụng 4

1.1.2 Anhydrid propionic 4

1.1.2.1 Cấu trúc phân tử 4

1.1.2.2 Tính chất vật lý 4

1.1.2.3 Tính chất hóa học 5

1.1.2.4 Điều chế 5

1.1.2.5 Ứng dụng 6

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG HÓA HỌC 6

1.2.1 Động hóa học 6

1.2.2 Tốc độ phản ứng hóa học 7

1.2.2.1 Định nghĩa 7

1.2.2.2 Biểu diễn tốc độ phản ứng 7

1.2.3 Bậc phản ứng 9

1.3 ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN 10

1.3.1 Phản ứng bậc nhất 11

1.3.1.1 Phương trình động học 11

1.3.1.2 Bán sinh phản ứng 12

1.3.1.3 Hằng số vận tốc phản ứng 12

Trang 10

1.3.2.1 Trường hợp nồng độ hai tác chất lúc đầu bằng nhau 12

1.3.2.2 Trường hợp nồng độ hai tác chất lúc đầu khác nhau 14

1.4 NHIỆT ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 16

1.4.1 Thiết lập phương trình Arrhénius 16

1.4.2 Phương trình Eyring 17

1.4.3 Cách xác định năng lượng hoạt hóa 19

1.4.4 Ý nghĩa của năng lượng hoạt hóa 20

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 21

2.1 CÁC PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG 21

2.1.1 Dụng cụ và thiết bị 22

2.1.2 Hóa chất 21

2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DẪN DUNG DỊCH CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ANHIDRID 21

2.2.1 Độ dẫn dung dịch 21

2.2.2 Cơ sở lý thuyết 22

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 25

3.1 CÁCH TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG 25

3.2 KẾT QUẢ 25

3.2.1 Thủy phân anhydrid acetic 25

3.2.1.1 Dung dịch thủy phân anhydrid acetic 0,4 M 29

3.2.2 Thủy phân anhydrid propionic 40

3.2.2.1 Dung dịch thủy phân anhydrid propionic 0,1 M 44

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

4.1 KẾT LUẬN 54

4.2 KIẾN NGHỊ 55

Trang 11

DANH SÁCH BẢNG

- -

Bảng 3.1 Kết quả đo độ dẫn điện riêng của dung dịch thủy phân anhydrid acetic biến đổi theo thời gian và nhiệt độ 25

Bảng 3.2 Bảng số liệu ln(κ∞- κt) theo t của anhydrid acetic 0,4 M 29

Bảng 3.3 Hằng số vận tốc phản ứng k của anhydrid acetic 0,4 M 31

Bảng 3.4 Bảng số liệu lnk và ln(k/T) của anhydrid acetic 0,4 M 31

Bảng 3.11 Kết quả đo độ dẫn điện của dung dịch thủy phân anhydrid propionic biến đổi theo thời gian và nhiệt độ 40

Bảng 3.12 Bảng số liệu ln(κ∞- κt) theo t của anhidrid propionic 0,1 M 42

Bảng 3.13 Hằng số vận tốc phản ứng k của anhidrid propionic 0,1 M 44

Bảng 3.14 Bảng số liệu lnk và ln(k/T) của anhidrid propionic 0,1 M 44

Bảng 3.15 Bảng số liệu ln(κ∞- κt) theo t của anhydrid propionic 0,2 M 46

Bảng 3.16 Hằng số vận tốc phản ứng k của anhydrid propionic 0,2 M 49

Bảng 3.17 Bảng số liệu lnk và ln(k/T) của anhydrid propionic 0,2 M 49

Bảng 3.18 Bảng số liệu ln(κ∞- κt) theo t của anhydrid propionic 0,3 M 50

Bảng 3.19 Hằng số vận tốc phản ứng k của anhydrid propionic 0,3 M 51

Bảng 3.20 Bảng số liệu lnk và ln(k/T) của anhydrid propionic 0,3 M 51

Trang 12

DANH SÁCH HÌNH

-   -

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(k/T) theo 1/T 18

Hình 1.2 Đồ thị sự phụ thuộc (lnk – 1/T) 19

Hình 1.3 Biến thiên năng lượng trong quá trình biến đổi 20

Hình 2.1 Một số phương tiện dùng trong thí nghiệm ( (1)-Máy khuấy từ gia nhiệt, (2)- Máy đo độ dẫn điện, (3)- Anhydrid acetic, (4)- Anhydrid propionic) 22

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dẫn điện theo thời gian của anhydrid acetic 0,4 M 28

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞-κt) theo t[s] của anhydrid acetic 0,4 M .30

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnk (1) và ln(k/T) (2) theo (1/T) của anhydrid acetic 0,4 M 31

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞-κt) theo t[s] của anhydrid acetic 0,5 M 33

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞-κt) theo t [s]của anhydrid acetic 0,6 M 37

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dẫn điện theo thời gian của anhydrid propionic 0,1 M 42

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞- κt) theo t[s] của anhydrid propionic 0,1 M 43

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lnk theo (1/T) của anhydrid propionic 0,1 M 44

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(k/T) theo (1/T)của anhydrid propionic 0,1M 44

Trang 13

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dẫn điện theo thời gian của anhydrid propionic 0,2 M 46 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞- κt)theo t[s] của anhydrid propionic 0,2M 47 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lnk theo (1/T) của anhydrid propionic 0,2 M 48 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(k/T) theo (1/T) của anhydrid propionic 0,2M 48 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dẫn điện theo thời gian của anhydrid propionic 0,3 M 49 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(κ∞- κt) theo t[s] của anhydrid propionic 0,3 M 51 Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lnk theo (1/T) của anhydrid propionic 0,3 M 52 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(k/T) theo (1/T) của anhydrid propionic 0,3 M 52

Trang 14

LỜI MỞ ĐẦU

 -

Động hóa học có ý nghĩa rất quan trọng về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn Thực

tiễn sử dụng động hóa học vào mục đích làm tăng hiệu suất của phản ứng Động hóa học

là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng, nghĩa là khảo sát cơ chế của phản ứng Việc hiểu biết về cơ chế phản ứng cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp tác động lên phản ứng làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm theo ý muốn

Do đó đề tài “Nghiên Cứu Động Học Phản Ứng Thủy Phân Của Anhydrid Acetic và

Anhydrid Propionic Bằng Phương Pháp Đo Độ Dẫn Điện” thực hiện khảo sát tốc độ

thủy phân anhydrid acetic và anhydrid propionic ở các nhiệt độ và nồng độ khác nhau bằng phương pháp đo độ dẫn Từ đó xác định hằng số vận tốc phản ứng k, năng lượng hoạt hóa Ea, cùng một số đại lượng nhiệt động học khác ở trạng thái chuyển tiếp (∆H, ∆S,

∆G) Các đại lượng này nhằm khảo sát động học về mặt lý thuyết của phản ứng thủy phân anhydrid acetic và anhydrid propionic giúp hiểu biết thêm về quá trình diễn biến của phản ứng và thiết lập cơ chế phản ứng

Trang 15

- Là chất lỏng linh động, không màu, mùi hắc khó chịu, gây bỏng da

- Ở trạng thái lỏng hoặc hơi, anhydrid acetic có thể kích thích các mô cơ thể có thể dẫn đến cái chết của các mô

- Tan trong benzen, eter, tetrahidrofuran, clorofom, etanol

- Tan chậm trong nước tạo thành acid acetic

Trang 16

Với HCl khan, đun nóng:

(CH3CO)2O + HCl → CH3COCl + CH3COOH

Phản ứng acyl hoá:

(CH3CO)2O + R΄OH → CH3COO R΄ + CH3COOH

(CH3CO)2O + NH3 → CH3CONH2 + CH3COOH

(CH3CO)2O + R΄-NH2 → CH3CONH-R΄ + CH3COOH

Tác dụng với peroxyd hydro:

Anhydrid acetic chuyển thành peracid:

(CH3CO)2 + H2O2 → CH3COOH + CH3COO-OH

Tác dụng với halogenid acid:

CH3COCl + CH3COOH (CH3CO)2O + HCl

CH3COCl + CH3COONa → (CH3CO)2O + NaCl

Ceten tác dụng với acid:

Trang 17

1.1.1.5 Ứng dụng

 Anhydrid acetic được sử dụng chính trong sự acetyl hóa tạo ra những nguyên liệu quan trọng về mặt thương mại Nó được ứng dụng rộng rãi trong sự chuyển hóa cellulose thành cellulose acetat, nhựa plastic Đặc biệt,

nó đóng vai trò quan trọng trong sự ester hóa hoàn toàn mà acid acetic không thực hiện được

 Thông thường nó được sử dụng để tổng hợp aspirin (acetylsalicylic acid), được điều chế bởi sự acetyl hóa acid salicylic, sản xuất acetophenacetin, aceto-p-aminophenol, cortison, acetanilid và nhiều dược phẩm khác

1.1.2 Anhydrid propionic [5], [6], [14]

1.1.2.1 Cấu trúc phân tử

- Công thức phân tử: C6H10O3

- Tên gọi khác: Propionyl oxid, anhydrid metylacetic, Propionic Acid Anhydrid

- Công thức cấu tạo:

- Là một chất lỏng trong suốt có mùi hăng không dễ chịu, làm cay mắt và màng nhầy

- Phân hủy tỏa nhiệt trong nước, hình thành nên dung dịch acid propionic

- Mô hình phân tử:

Trang 18

1.1.2.3 Tính chất hóa học

Phản ứng thuỷ phân:

Anhydrid propionic gặp nước thuỷ phân chậm thành acid propionic:

(C2H5CO)2O + H2O → 2C2H5COOH Trong kiềm, phản ứng thuỷ phân xảy ra nhanh hơn

Với HCl khan, đun nóng:

(C2H5CO)2O + HCl → C2H5COCl + C2H5COOH

Phản ứng acyl hoá:

(C2H5CO)2O + R΄OH → C2H5COO R΄ + C2H5COOR΄

(C2H5CO)2O + NH3 → C2H5CONH2 + C2H5COOH

(C2H5CO)2O + R΄-NH2 → C2H5CONH-R΄ + C2H5COOH

Tác dụng với peroxyd hydro :

Anhydrid propionic chuyển thành peracid:

(C2H5CO)2 + H2O2 → C2H5COOH + C2H5COO-OH

1.1.2.4 Điều chế

Loại (tách) nước:

2C2H5-COOH (C2H5CO)2O + H2O

Tác dụng với halogenid acid:

C2H5COCl + C2H5COOH (C2H5CO)2O + HCl

C2H5COCl + C2H5COONa → (C2H5CO)2O + NaCl

P2O5

Pyridin

Trang 19

1.1.2.5 Ứng dụng

Được sử dụng như một tác nhân ester hóa giữa phản ứng của acid béo với cellulose, sản xuất nhựa alkyd và dầu thơm, tạo ra nhóm propionyl để đưa vào ngành nhuộm và dược

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG HÓA HỌC

1.2.1 Động hóa học[13]

Động học hóa học là một bộ phận của hóa lý Động học hóa học có thể được gọi tắt

là động hóa học Động hóa học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học Tốc

độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Các yếu tố đó là nồng độ tác chất, nhiệt độ, áp suất, dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối,… Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đó lên tốc độ phản ứng, người ta mới hiểu biết đầy đủ bản chất của các biến hóa xảy ra trong mỗi phản ứng hóa học, xác lập được cơ chế phản ứng

Nhờ hiểu rõ cơ chế phản ứng, cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp lên phản ứng, thiết lập chế độ làm việc tối ưu của lò phản ứng làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm theo ý muốn

Người ta phân biệt động hóa học hình thức và động hóa học lý thuyết Động hóa học hình thức chủ yếu thiết lập các phương trình liên hệ giữa nồng độ chất phản ứng với hằng số tốc độ và thời gian phản ứng, còn động hóa học lý thuyết dựa trên cơ sở cơ học lượng tử, vật lý thống kê, thuyết động học chất khí để tính được giá trị tuyệt đối của hằng

số tốc độ phản ứng Đó là thuyết va chạm hoạt động và phức hoạt động

Động hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng hữu cơ trong pha lỏng Những người đầu tiên trong lĩnh vực này là Wilamson, Wilhelmi (1812-1864) và các tác giả của định luật tác dụng khối lượng, Guldberg (1836-1902) và Waage (1833-1900) Những cơ sở của động hóa học được đúc kết trong các công trình của Van΄t Hoff và Arrhénius trong những năm 1880, trong đó đã đưa ra khái niệm về năng lượng hoạt hóa và giải thích ý nghĩa của bậc phản ứng trên cơ sở của thuyết động học

Trang 20

Phương trình phản ứng (I) gọi là phương trình tỷ lượng Để biểu diễn tốc độ phản ứng người ta có thể chọn bất kỳ chất nào trong phản ứng (A, B, X, Y) nhưng trong thực tế người ta chọn chất nào dễ theo dõi, dễ xác định được lượng của chúng ở các thời điểm khác nhau Ở đây ta chọn chất A, X để khảo sát

Giả sử ở thời điểm t0 nồng độ chất A là CA còn X là CX và ở thời điểm t0 + Δt nồng

Δt

ΔCν

X X

A A

(1.1)

Trang 21

Trong hai biểu thức tính tốc độ ở trên có dấu khác nhau Dấu âm được thêm vào để cho vận tốc νA dương vì độ giảm nồng độ của A có trị số âm.Còn trường hợp thứ hai, ΔCX

là độ tăng nồng độ, nó có trị số dương, do đó trong biểu thức để dấu + hoặc không có dấu cũng được

Từ hai hệ thức trên ta có thể gộp thành một hệ thức tổng quát biểu diễn vận tốc trung bình của phản ứng:

Δt

ΔC

ν   i (1.2)

i = A, B, X, Y; + : nếu i là sản phẩm ; - : nếu i là tác chất ; t là thời gian

Vận tốc phản ứng thay đổi theo thời gian t

Vận tốc tức thời ν ở thời điểm khi Δt → 0:

dt

dC

ν   i (1.3) (i < 0: nếu i là tác chất; i > 0: nếu i là sản phẩm)

Có thể biểu diễn vận tốc của phản ứng (I) như sau:

dt

dC dt

dC

dt

dC dt

Trang 22

biểu diễn A, B hoặc X, Y đều cho cùng một giá trị, thì phải chia cho các hệ số tỷ lượng tương ứng của chúng, tức là:

ydt

dCxdt

dC

bdt

dCadt

nk[A]

Với [A], [B] lần lượt là nồng độ mol/L của các tác chất A, B

k: là một hằng số không phụ thuộc vào nồng độ các chất trong phản ứng, nó chỉ phụ thuộc vào loại phản ứng và nhiệt độ thực hiện phản ứng (k tỉ lệ với nhiệt độ T: T↑, k↑; T↓, k↓), k được gọi là hằng số vận tốc phản ứng

n1, n2 là các trị số được xác định từ thực nghiệm, có thể là số nguyên 1, 2, 3 hoặc là phân số hoặc bằng 0, đôi khi có thể là số âm

Bậc tổng quát của phản ứng có thể là số nguyên (1, 2, 3,…) hay là một số lẻ (1/2, 3/2, 5/2,…)

Trong thực tế hầu như không gặp những phản ứng có bậc cao hơn 3

Khi nồng độ [A] = [B] thì:

n

k[A]

nnk[A]

n[B]

nk[A]

ν 1 2  1 2 

Đặt n = n1+n2

Ở đây : n là bậc toàn phần của phản ứng

n1 là bậc riêng phần đối với tác chất A

n2 là bậc riêng phần đối với tác chất B

“Bậc của phản ứng đối với một chất cho trước là số mũ nồng độ của chất ấy trong phương trình động học của phản ứng”

Trang 23

Ngoài các bậc kể trên, có thể có phản ứng bậc phân số hoặc bậc âm nữa Ðiều

chúng ta cần lưu ý là: trong trường hợp chung n1 ≠ a và n2 ≠ b, a, b là hệ số tỷ lượng

trong phương trình (II), khi phản ứng là phản ứng đơn giản (cơ bản, xảy ra trong một giai

đoạn) thì hai đại lượng đó trùng nhau

1.3 ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN [1], [2], [13]

 Phản ứng đơn giản (phản ứng sơ cấp) là những phản ứng biến đổi chất phản ứng

thành sản phẩm không qua giai đoạn trung gian

 Về nguyên tắc các phản ứng hóa học diễn ra theo hai chiều ngược nhau, gọi là

phản ứng thuận nghịch Ở điều kiện xác định một chiều nào đó của phản ứng trội

hơn hẳn chiều kia, thì phản ứng đó được coi là phản ứng một chiều

 Khi phản ứng diễn ra, nếu có ít nhất một trong các chất phản ứng (chất đầu) phản

(1.11)

Trang 24

[A]0 = a: Nồng độ ban đầu của tác chất A

[A] = a-x: Nồng độ ở thời điểm t của tác chất A

x : Lƣợng biến hóa (số mol chất A đã phản ứng trong 1 lít hệ phản ứng ở thời điểm t)

Vì là phản ứng bậc nhất:

C kt x) ln(a

kdt x

a dx

kdt x

a

dx

kdt x a

dx

x) k(a dt

dx

x) k(a dt

x) d(a

x a

ln   

(2.3) (2.4)

Trang 25

Đây là phương trình tích phân của phản ứng bậc nhất, cho biết sự phụ thuộc của nồng độ tác chất theo thời gian t, hằng số vận tốc k của phản ứng và a là nồng độ đầu của tác chất

1.3.1.2 Bán sinh phản ứng (bán hủy phản ứng, thời gian nửa phản ứng) là thời gian τ

(t1/2) cần thiết để phân nửa phản ứng được thực hiện (mất một nửa còn một nửa nên gọi là bán hủy hay bán sinh đều được)

Từ

xa

alnt

1k

Như vậy, trong một phản ứng bậc nhất, bán sinh của phản ứng tỉ lệ nghịch với

hằng số vận tốc k và không phụ thuộc vào nồng độ tác chất ban đầu Đây là đặc trưng

ln  

x a

a ln t

1 k

Trang 26

C kt x

(a 1 2 1

kdt dx)

( x) (a

kdt dx)

( x) (a

kdt x)

(a dx

x) k(a dt

dx

x) x)(a k(a

dt

x) d(a

2 2

aaa2

a1k

Trang 27

1 kt x

a



x)a(a

xt

1k

x)a(a

xx)

a(a

x)(aaa

1xa

1kt

dx

x) x)(b k(a k([A][B]

dt

x) d(a dt

kdtx)

x)(b(adx

Để lấy tích phân vế trái ( 2.9), ta đặt:

x b

N x a

M x) x)(b

N)x(MNa)(M b

x)x)(b(a

NxNa

M b

0NM

(*)  N = -M

(2.9) (2.8)

(*) (Hệ số của x bằng 0) (**)

Trang 28

(**)  Mb – Ma = 1  M(b – a) = 1 

a b

1 N

a b

1 M

Thay trị số M, N vào biểu thức ( 2.9) ta có:

dxab

1xa

dxab

1x)

x)(b(a

dx

C kt x) ln(b a b

1 x) ln(a a b

1 C



Thay C vào phương trình (2.10) thu được:

kta

b.xb

xaln

Trang 29

xa

ln

bkta

xa

ln

kt)a

b.b

xaln(

 Thời gian bán hủy:

Đối với phản ứng bậc hai của hai chất A và B có nồng độ ban đầu khác nhau, người ta không xác định được thời gian bán hủy cho phản ứng mà chỉ xác định cho từng chất riêng rẽ, ví dụ xác định thời gian bán hủy đối với chất A

Đặt x = a/2 , thay vào (2.11) ta được:

a2b

blnb)k(a

1(A)

1.4.1 Thiết lập phương trình Arrhénius [1], [2], [13]

Nói chung, tốc độ của một phản ứng hóa học tăng khi nhiệt độ tăng Thực nghiệm chứng tỏ rằng, tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần khi nhiệt độ tăng 10ºC (hay 10K) Tuy nhiên, người ta có thể xác định được mối quan hệ giữa hằng số tốc độ và nhiệt độ bằng

một phương trình chính xác hơn, xuất phát từ phương trình đẳng áp Van΄t Hoff của phản

ứng hóa học:

ΔHdlnK 

Trang 30

Ở đây K là hằng số cân bằng của phản ứng, T là nhiệt độ, ΔH là nhiệt phản ứng, R

1 2

1

RT

ERT

EdT

dlnkdT

B RT

E dT dlnk

2 2

1 1

Thực nghiệm chứng tỏ rằng B = 0 Do đó, ta có thể biểu diễn tổng quát các

phương trình này như sau:

2 a

RT

EdT

dlnk 

Đây là phương trình Arrhénius biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào

nhiệt độ Đại lượng Ea có thứ nguyên năng lượng và được gọi là năng lượng hoạt hóa

1.4.2 Phương trình Eyring[3], [9]

Phương trình Eyring còn được gọi là phương trình Eyring- Polanyi trong động hóa

học liên quan đến tốc độ của phản ứng với nhiệt độ Phương trình này được khám phá

cùng một lúc vào năm 1935 bởi Henry Eyring, M.G Evans và Michael Polanyi Nó có

được từ học thuyết tốc độ chuyển hóa và tương đương với phương trình thực nghiệm

Arrhénius mà cả hai đều bắt nguồn từ sự thống kê nhiệt động học của thuyết động học của

chất khí Hình thức chung của phương trình Arrhénius-Polanyi phần nào giống với

phương trình Arrhénius:

‡ RT

ΔG

h

.T k k





Trang 31

Hoặc cũng có thể được viết lại như sau:

R

ΔSexph

Tkk

‡

‡ B

Để tìm mẫu tuyến tính của phương trình:

R

ΔS h

k ln T

1 R

ΔH T

k ln

‡ B

 kB:Hằng số Boltzmann (kB = 1,38(24).10-23 J/K hoặc kB = 8,617(15).10-5 eV/K)

 h: Hằng số Planck (h = 6,6260693.10-34 J.s hoặc 4,13566743.10-15 eV.s)

Trang 32

1.4.3 Cách xác định năng lượng hoạt hóa[1], [2]

Tích phân phương trình Arrhénius với sự thừa nhận Ea = const

dTRT

Edlnk  a2 hay a lnk0

Trang 33

1.4.4 Ý nghĩa của năng lượng hoạt hóa[1]

 Theo Arrhénius, chỉ có những phân tử nào có năng lượng dư tối thiểu so với năng lượng trung bình của phân tử thì mới có khả năng có phản ứng hiệu quả Năng lượng đó gọi là năng lượng hoạt hóa

 Nói cách khác năng lượng hoạt hóa là phần năng lượng dư của mỗi phân tử cần có

để lúc phản ứng dẫn đến biến hóa hóa học

 Một phản ứng hóa học có thể xem như một sự dịch chuyển hệ bao gồm các phân tử ban đầu có mức năng lượng ứng với trạng thái I đến hệ có mức năng lượng ứng với trạng thái II bao gồm các sản phẩm được hình thành Sự chênh lệch năng lượng của hai trạng thái đó biểu hiện hiệu ứng nhiệt của phản ứng ΔH

 Để phản ứng diễn ra theo chiều hướng từ I đến II, chúng ta phải cung cấp năng lượng để hệ vượt qua thềm năng lượng Ea1, tại đó các phân tử được hoạt hóa đến mức tham gia phản ứng hóa học Sau đó hệ chuyển đến trạng thái bền vững II, và tỏa ra một năng lượng Ea2 ΔH = Ea1 – Ea2 < 0, phản ứng tỏa nhiệt trong trường hợp

Trang 34

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP

 Anhydrid acetic tinh khiết

 Anhydrid propionic tinh khiết

 Nước cất

(1) (2)

Định dạng
Số trang	69
Dung lượng	1,26 MB