II. CHIỀU TỰ DIỄN BIẾN CỦA CÁC PHẢN ỨNG HĨA HỌC 2 8-
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: 3 1-
Tốc độ phản ứng khơng những phụ thuộc vào bản chất các chất phản ứng mà cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như nồng độ các chất phản ứng, áp suất (đối với phản ứng cĩ chất khí tham gia), nhiệt độ, xúc tác, tạp chất, độ mịn (đối với phản ứng cĩ chất rắn tham gia), mơi trường (đối với phản ứng trong dung dịch)… Trong đĩ cĩ 3 yếu tố cĩ ảnh hưởng quan trọng nhất đối với mọi quá trình hĩa học : nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, xúc tác.
a. Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng
- Định luật tác dụng khối lượng (Guildberg – Waage 1864 – 1867) : "Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ khơng đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng kèm theo số mũ bằng hệ số tỷ lượng của chúng trong phương trình phản ứng". Phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD v = kCa ACb B CA, CB : Nồng độ chất phản ứng ở thời điểm xác định v. k : Hệ số tỉ lệ (hằng số tốc độ). Ví dụ : H2 + I2 → 2HI v = kCH2CF2 Phản ứng thuận nghịch : aA + bB ⇔ cC + dD v = vt - vn
Ở thời điểm cân bằng : vt = vn nên v = 0
- Hằng số tốc độ k : GIá trị của k chỉ phụ thuộc bản chất các chất tác dụng và nhiệt độ :
k = Ze-E*/RT eS*/R
Z : Hệ số tỷ lệ với tổng số va chạm giữa các tiểu phân trong đơn vị thời gian, đơn vị thể tích.
E* : Năng lượng hoạt hĩa của phản ứng (năng lượng tối thiểu cần cung cho các tiểu phân để chúng trở thành hoạt động (cĩ khả năng phản ứng) và cĩ thể tương tác với nhau.
S* : Entropy hoạt hĩa của phản ứng (sự định hướng khơng gian thuận lợi khi va chạm của các tiểu phân hoạt động).
Độ lớn của k bằng tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất tác dụng bằng đơn vị.
- Giải thích ảnh hưởng của nồng độ đối với tốc độ phản ứng:
Theo thuyết hoạt hĩa, khi nồng độ các chất phản ứng tăng thì tổng số tiểu phân phản ứng tăng nên số va chạm giữa các tiểu phân và số tiểu phân hoạt động tăng, do đĩ tốc độ phản ứng tăng.
b. Ảnh hưởng của nhiệt đoä
Từ : k = Ze-E*/RT eS*/R
Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng càng tăng do tăng số tiểu phân hoạt động.
Ví dụ : 2H2O + O2 = 2H2O
Ở 200C phản ứng hầu như khơng xảy ra nhưng ở 7000C lại xảy ra tức thời. - Quy tắc Van’t Hoff (1884) : "Khi tăng nhiệt độ lên 100 thì tốc độ trung bình của phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần".
Con số cụ thể cho biết tốc độ phản ứng trung bình tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 100 được gọi là hệ số nhiệt độ (γ) của phản ứng :
kt + 10 γ = kt = 2 ÷ 4 kt + n.10 γn = kt
Từ biểu thức này, trong khoảng nhiệt độ khơng lớn, ta cĩ thể tính được tốc độ tăng bao nhiêu lần và tính được k ở nhiệt độ mong muốn.
Ví dụ : Hãy xác định k ở 300C và tính tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ lên 1000C đối với phản ứng phân hủy N2O5
2N2O5 = 4NO2 + O2 k600 = 2,57.10-3 ; k00 = 7,9.10-7 Giải : k0 + 6.10 k60 2,57.10-3 γ6 = k0 = k0 = 7,9.10-7 = 3253,2 lg 3253,2 lgγ = 6 = 0,585 γ = 100,585 = 3,85 ⇒ k300 = γ3k0 = (3,85)37,9.10-7 = 4,5.10-5
Khi tăng nhiệt độ lên 1000C thì tốc độ sẽ tăng lên : k0+10.10
γ10 =
k0 = (3,85)10
c. Ảnh hưởng của chất xúc tác
Tác dụng chủ yếu của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hĩa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng.
S. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hố học
- Chất xúc tác là chất khi thêm vào phản ứng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng hay gây nên phản ứng nếu về mặt nguyên tắc phản ứng cĩ thể xảy ra.
Ví dụ : Phản ứng giữa Al v à I2 chỉ xảy ra khi cĩ mặt hơi nước :
2Al H2+ 3I0(h) 2 = 2AlI3
+ Phân loại :
* Chất xúc tác đồng thể : Chất xúc tác cùng pha với hỗn hợp phản ứng. * Chất xúc tác dị thể : Chất xúc tác cĩ pha khác với pha của hỗn hợp phản ứng.
+ Đặc điểm :
* Lượng chất xúc tác sử dụng nhỏ hơn lượng chất phản ứng rất nhiều.
Ví dụ : Để oxy hĩa 1.000.000 kg NH3 thành NO chỉ cần 1kg Pt + Rh xúc tác. * Chất xúc tác khơng thay đổi về lượng cũng như về thành phần và tính chất hĩa học sau phản ứng.
* Mỗi chất xúc tác thường chỉ cĩ tác dụng đối với 1 phản ứng nhất định Ví dụ : C2H5OH Al2O3, 4000C C2H4 + H2O
Cu, 2000C CH3CHO + H2O
Như vậy, chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng do tham gia vào tương tác hĩa học với các chất phản ứng ở giai đoạn trung gian nhưng sau phản ứng nĩ được phục hồi lại và giữ nguyên về lượng cũng như về thành phần và tính chất hĩa học.
- Cơ chế tạo phức chất trung gian hoạt động (xúc tác đồng thể).
Chất xúc tác kết hợp với những chất phản ứng tạo thành phức chất hoạt động trung gian mới : phức chất này khơng bền và tuy lượng bé nhưng đã thay đổi đáng kể năng lượng hoạt hĩa của phản ứng.
Phản ứng tổng quát : A + B → AB
Khi khơng cĩ xúc tác : A + B → A…B →
AB, E* 1 Khi cĩ xúc tác k : A + k → A…k → Ak, E* 2 Ak + B → AB…k → AB + k, E* 3 E* 2 + E* 2 << E* 1 nên phản ứng cĩ xúc tác xảy ra dễ hơn. Th A…B AB…K A…K