Thuyết va chạm hình dung phản ứng xảy ra như kết quả của va chạm phân tử. Thuyết phức hoạt động hình dung phản ứng xảy ra như kết quả của sự biến đôi liên tục cau trúc của hệ phản ứng từ trạng thái đầu đến trạng thai cuối , đi qua trạng thái chuyển tiếp . Nói cách khác , từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối , phản ứng đi theo một con đường . Theo đó , thế năng của hệ biến đồi liên tục .Con đường này di qua một hàng rào thé năng có độ
cao bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng. Đỉnh cao nhất của năng lượng nay ứng với trạng thái chuyền tiếp của hệ phản ứng .
Quá trình phản ứng được hình dung như sự lăn của một viên bi có
khôi lượng m (bằng tông khối lượng các tiểu phân phản ứng ) và vận tốc V, theo đường phản ứng. Có thể chọn một khoảng cách ở trên đỉnh của con đường này mà hễ viên bi lọt được vào đóthì ta nói nó trở thành phức hoạt động ( thường kí hiệu dấu +) và khi ra khỏi giới hạn đó thì biến thành sản
pham phan tng.
I. NOLDUNG CUA THUYET PHUC HOAT DONG:
Theo thuyết nay , phan ứng giữa A va B diễn ra được là nhờ sự hình thành từ các phân tử phản ứng một tô hợp tạm thời gọi là phức hoạt động
nằm cân bằng với chất phản ứng :
ATER = (ABy = ừ + ¥
Thuyết phức hoạt động bỏ qua khái niệm thô sơ về va cham giữa các phân tử phản ứng mà xét thế năng của hệ thay đổi như thế nào khi các phân
tử trong hệ tương tác với nhau . Ví dụ : Sự tương tác giữa nguyên tử X với
phân tử hai nguyên tử YZ để hình thành phân tử hai nguyên tử XY và giải phóng ra nguyên tử Z theo sơ đồ:
X + Y= XY + Z
Khi nguyên tử X tiến gan đến phân tử YZ thi mối liên kết giữa X va Y càng mạnh và mdi liên kết giữa Y và Z càng yêu
X Y Z
Đến một khoảng cách nào đó thì giữa X và Y xuất hiện một trạng thái trung gian, ở đó X và Y gắn liền nhau nhưng chưa đến mức cắt đứt liên
SVTH: Adu Agayén dnh Thee Trang 32
GVHD: 2 Van Deen Yuin van lil nghiéf
kết YZ, hình thành phức hoạt động . Eyring gọi tô hợp tạm thời nay là phức
hoạt động còn Polaniy và Evan gọi là trạng thái chuyên tiép.
X Y Z
Sau đó X tiến dién gần , hình thành liên kết bền X-Y còn liên kết Y-
Z bị phá vỡ hoàn toàn , dẫn đến hình thành sản phẩm phản ứng:
X Y VÀ
8========= O—>
Ta minh họa mô hình trên bằng phản ứng phân hủy HI:
H H H--- H H H
I I | --- ẽ I I
I. XÂY DUNG BE MAT THE NANG VA DUONG PHAN UNG:
Dé theo dõi thé năng của hệ phan ứng thay đổi như thế nao, chúng ta khảo sát thé năng của hệ theo khoảng cách của chúng khi chúng thẳng hàng:
Gọi khoảng cách giữa Z và Y là rạ, giữa Y và X là r; .Thế năng của
hệ thay đổi theo khoảng cách rụ, r; , nghĩa là thế năng bằng /(⁄..”;).
Cắt mặt phẳng thế năng bằng mặt phẳng nằm ngang, song song và
cách đều nhau , rồi chiếu các vết cắt lên mặt phẳng sẽ thu được các đường biểu diễn thé năng của hệ. Hình ảnh thu được giống như bản đồ trắc địa , mô tả bề mặt thế năng của hệ:
SVTH: 2u Ngayén .tÊuÁ Thee Trang 33
GVHD: 2 Van Seen Yuin van lil nghiéf
Khoảng cách X...Y (4, A)° .
1,8 1,8
1,4 1,2
1,0 0,8 0.6
0.8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Khoảng cách Y...Z (fz, A)°
Hinh 8: Bé mat thé nang
Từ giản đồ thay có hai thung lũng thé năng nằm giữa những sườn đôi và rất đốc (dựng đứng). Hai thung lũng này thông nhau bang đường “đèo”.
Những vùng thấp nhất của thung lũng ứng với trạng thái đầu và cuối của
hệ.
Trạng thái phản ứng được biểu diễn bằng thung lũng I (phía trên) , ở đó nguyên tử X còn xa phân tử YZ, nghĩa là 10 còn 2 >, lúc đó thé
năng của hệ chỉ phụ thuộc vào ”:.
Thung lũng II ứng với trạng thái cuối của phản ứng , ở đó nguyên tử
X đã liên kiết với Y hình thành liên kiết mới X-Y, nghĩa là “ => và r, =0, lúc đó thé năng chỉ phụ thuộc vào “i.
Trạng thái năng lượng cao nhất mà hệ các chất phản ứng dat tới dé
cho phan ứng chuyển từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối ứng với trang
thái ma tại đó hình thành phức hoạt động X...Y...Z có thế năng cực đại .
Như vậy hệ muốn chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác phải chuyên qua con đường ít tốn năng lượng nhất : con đường đèo thăng nhất ,
nói hai thung lũng .Con đường này gọi là đường phản ứng (đường cham cham trên hình)
SVTH: Trin Ũ mm Anh Thee Trang 34
GVHD: 2 Van Sten
II. TÍNH TỐC ĐỘ PHAN UNG:
Xem phức hoạt động như một phân tử có khối lượng m chuyên động
theo đường phan ứng, ta có thê tính tốc độ của phản ứng như sau:
Yuin van lid nghiéf
Gọi *: là tốc độ trung bình của phức theo hướng x (đường phản
ứng) .Ta có :
= ( kT l
=|—` (2mm
k: hãng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối
m: tông khối lượng của hệ phản ứng.
Chọn một khoảng cách ỔI trên đỉnh hàng rào năng lượng (đường phan ứng). Gọi z là thời gian phức đi qua đoạn đường I , ta có :
t= ~ |S
Gọi C” là nồng độ phức hoạt động . Sau thời gian z giây, tất cả C'
phức hoạt động đều vượt qua 6] để biến thành sản phẩm, nghĩa là sau một
giây có /r phức phân hủy. Theo định nghĩa đó chính là tốc độ phản ứng nên ta có :
C— Cc ( kT l
=Vv=—v,=-——| ——| -
A)" T Ja[\2mz
Mặt khác , theo định luật tác dụng khối lượng ta có:
v=k QC)
C.;C;: nồng độ của X và YZ So sánh hai biểu thức ta có :
„xa JCF KT ye Co 1( kT Y?| F4
k CC, =— =k = J]= san] ” (Gee alse)
SVTH: Adin Ngayén Anh The Trang 35
GVHD: 2 #2, Seen Yudn van lel nghiéf
Một trong những điểm quan trọng của thuyết phức hoạt động là giả thuyết cho rằng giữa các chất phản ứng và phức hoạt động có một cân
bang. Do đó có thẻ viết:
k= CC k.. hang số cân bằng biêu diễn qua nông độ.
TM?2
Mat khac ta co:
k = Lễ sa Tín
q;-q;
4›4,:4›: tong trạng thái của phức hoạt động và chất phản ứng.
Es: năng lượng hoạt hóa của phản ứng ở O°K
Trong việc tính tông trạng thái 9° của phức hoạt động , cần lưu ý
rằng : so với một phân tử có cau trúc tương tự thì phức hoạt động có thêm
một bậc tự do ứng với chuyển động tịnh tiến của phức trên đường | và bớt
một bậc tự do dao động trên đỉnh của hàng rào thê năng .Do đó :
4 =q,4"
địa = Ge " 46]: tong trang thái tịnh tiến của phức di chuyển trên
h
đoạn đường li
4”: tong trạng thái ứng với các dạng chuyên động còn lại.
Lúc đó:
dent)’ .
9-9 li
Vậy :
= 9-97
kT .* q” -fe,
=>k. =—k ( với .——a “M)
“oh ren
Day là phương trình khái quát cho mọi loại phan ứng, không phải chỉ
cho các phản ứng đồng thé mà cho tat cả các phản ứng dị thé.
SVTH: ‘Adu Nguyén Anh Thee Trang 36
GVHD: 4 Yan Deen luậu vin lid nghiéf