I. TỐC ĐỘ CUA PHAN UNG TRONG HỆ KIN
1. Định nghĩa:
Tốc độ của phản ứng hoá học là một đại lượng cơ bản của động hóa
học. Né đặc trưng cho lượng chất tham gia phản ứng trong một đơn vị :hời
gian t. Vì trong phản ứng có sự tham gia của một so chat đầu, sản phẩm
trung gian và sản phẩm cuối cùng nên không thê nói về tốc độ hóa học của
một phan ứng nói chung mà phải nói rõ tốc độ của phản ứng theo một cầu
tử nào đó .
Trong hệ kín, sự biến thiên về lượng của cau tử nào đó được biẻu thị
bằng sé mol n và sự biến thiên trong một đơn vị thời gian được xác cịnh
bằng dao hàm dn/dt. Giá trị số của đạo hàm này trong một hệ đơn vị nào đó đã được chọn phụ thuộc vào chính phan ứng khảo sát. vào điều kiện :iến hành phản ứng, vào lượng chất ban đầu đã lấy. Có thê loại trừ ảnh hưởng của lượng chất đầu tới giá trị của dn/dt nếu quy dn/dt về một đại lượng nao đó đặc trưng cho lượng chất ban đầu .
Trong phản ứng đồng pha, có thé chọn thé tích V của hệ là đại lượng
đặc trưng cho lượng chất ban đầu. Như vậy, trong hệ kín, phản ứng là đồng
pha, tốc độ phản ứng theo một cấu tử nào đó là sự biến thiên số mol của cầu tử Có trong một đơn vị thời gian và trong một đơn vị thé tích :
1 dn
Dựa vào biểu thức trên ta thay rằng: trong phản ứng đồng pha, đồng
thé thì rõ ràng tốc độ phan ứng tỷ lệ nghịch với thẻ tích của hệ. Khi thé tích tăng thì tốc độ phản ứng giảm và ngược lại khi thé tích giảm thì tốc do
phản ứng tăng. Còn đối với phản ứng đồng pha, dị thé (ví dụ phản ứng giữa hỗn hợp lỏng hay hỗn hợp khí diễn ra trên bề mặt chất xúc tác rắn) thì tốc độ phan ứng còn tỷ lệ thuận với số biến hóa hóa học trên diện tích bé mặt tiếp xúc S. Lúc đó, chúng ta nói rằng tốc độ phản ứng v tỷ lệ với S/V.
Tóm lại, đối với phản ứng đồng pha nói chung, tốc độ phản ứng tỷ
lệ với đại lượng S/V
Khi V = const thì biểu thức (1) được viết như sau:
_ va 2). c (2)
Vdt dt dt
C: là nồng độ của một cấu tử dang xét
SVTH: .Z⁄2È¿ Nguyén Anh Thee Trang 17
GVHD: % Yan Din Lugn wan led nghitp
Nhu vậy, đối với phan ứng đồng pha, trong điều kiện thé tích không
đổi, tốc độ của phản ứng được tinh bằng biến thiên nồng độ của một chất
trong một đơn vị thời gian Ta có :
Điối với phan ứng dị pha, cho đến nay người ta vẫn chưa đưa ra được một định nghĩa chung nhất cho tất cả các phản ứng thuộc loại này. Và vì
vậy mà biêu thức (1) không có đúng cho trường hợp này.
2. Tốc độ trung bình :
Giả sử nồng độ của một trong các chất tham gia phản ứng ở thời
diém 1, băng C, và ở thời điêm 1, băng C, thì toc độ trung bình của phan
ứng là :
C,=C, AC
1-4, Ar
<I
Ngược lại nếu nồng độ của một trong các chất tạo thành sau phan ứng tại thời điểm 1, bằng C, và ở thời điểm ¿, bằng C, thì tốc độ trung
bình của phản ứng là :
y= C,-G _ AC
ty =t At
Tóm lai, tốc độ trung bình của phản ứng được tinh bằng công thúc :
y= 4G7G 2, Q)
t;—t\ Ar
3. Tốc độ tức thời:
Tốc độ phản ứng ở thời điểm cho sẵn (tốc độ tức thời) là giới hạn của biểu thức trên khi cho Ar > 0
v= Limy
Ard
Lúc đó v= t— (4)
V : gọi là tốc độ tức thời
Dau (+) : ứng với chất tạo thành (sản phẩm)
Liấu (-) : ứng với chất tham gia phản ứng (chất dau)
Thực tế chúng ta thường xét tốc độ tức thời. Tốc độ phản ứng xét theo (4) thường không đơn trị vì biến thiên nồng độ của các chất khác nhau còn phụ thuộc vào hệ số tỷ lượng. Trong ví dụ của phản ứng tông hợp
SVTH: đảằ Aguytn tlh Thee Trang 18
GVHD: 4% tan dân #lậm săm lid ng hiép
amOniac. biến thiên nồng độ của H, gap ba lần biến thiên nồng độ x. va gấp rudi biến thiên nồng độ NH,. Sự không đơn trị nói trên có thé loại trừ nếu trong biéu thức tính tốc độ của phản ứng, các biến thiên nồng độ được chia cho các hệ số tỷ lượng tương ứng, chăng hạn :
dC, _1ay, — 1 dC yy,
dt 3 dt 2 dt
Một cách tông quát, trong phương trình hóa học được mô tả bang
phương trình tỷ lượng:
aA + bB -+ằ cC + dD
a dt b dt c dt d dt 5
Biểu thức (5) chỉ khác biểu thức (4) ở thừa số cố định L nào đó nên
v=~
thì v =
mỗi biểu thức đều được dùng dé xác định tốc độ phản ứng. Biểu thức (5) có ưu tiên hơn là cho một giá trị tốc độ phan ứng không phụ thuộc vào chiit ta
chọn. Tuy nhiên thực tế người ta vẫn sử dụng rộng rãi biéu thức (4)
II. TỐC ĐỘ CỦA PHÁN ỨNG TRONG HỆ MỞ
Trong hệ mở biến thiên chất 4, nào đó trong một đơn vị thời gian
dn,=]; bao gồm sự biến thiên do kết qua của phan ứng (kí hiệu (An, )„) và
do kết cuả của sự chuyên chất đó từ bên ngoài vào hệ và từ hệ ra bên ngoài.
Có thé xem độ đo của sự chuyển chất đó là đại lượng (An al) |„„ › nó tằng biến thiên số mol chất 4, trong một đơn vị thời gian do kết quả củ: sự chuyên chất .
Nhu vậy, tốc độ của phan ứng trong hệ mở có thé viết dưới dang:
- 1| dn,
= gu).
Từ đó ta thấy để xác định tốc độ của phản ứng theo chất 4, trong hệ
mở, ngoài giá trị đạo hàm =3 còn cần phải biết đại lượng (An, ) , „dn :
SVTH: dn Noayén nh Thee Trang 19
GVHD: % Yan 2/&u Sutin săm led nghiép