Giáo trình cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 6 & 7

Động hoá học là môn khoa học nghiên cứu về quy luật xảy ra (diễn biến) của các quá trình hoá học trong đó có vận tốc phản ứng hoá học và các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc đó. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích điều khiển phản ứng xảy ra với vận tốc cao để đạt được hiệu suất phản ứng lớn nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 6 & 7 Chương 6 ĐỘNG HOÁ HỌC Động hoá học là môn khoa học nghiên cứu về quy luật xảy ra (diễn biến) của các quá trình hoá học trong đó có vận tốc phản ứng hoá học và các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc đó. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích điều khiển phản ứng xảy ra với vận tốc cao để đạt được hiệu suất phản ứng lớn nhất. 6.1. VẬN TỐC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC Vận tốc phản ứng thường được đo bằng biến thiên nồng độ của một trong các chất tham gia hoặc tạo thành trong một đơn vị thời gian. Vận tốc phản ứng được biểu thị bằng đơn vị mol/l.s. Vận tốc phản ứng cũng có thể biễu diễn bằng sự thay đổi của một trong các tính chất khác của hệ như màu sắc, độ dẫn điện, áp suất... Nếu tại thời điểm t1 và t2 nồng độ của một trong các hợp chất của hệ phản ứng có giá trị tương ứng là C1 và C2 , ta có vận tốc v của phản ứng là: C 2 − C1 ∆C − v= =± t 2 − t1 ∆t (6-1) Trong công thức trên, dấu (+) được sử dụng khi tính theo chất tạo thành sau phản ứng; dấu (-) khi tính theo chất tham gia phản ứng. Trong các phản ứng hoá học, nồng độ của các chất luôn luôn thay đổi nên thường người ta hay sử dụng công thức tính vận tốc tức thời: dC v=± (6-2) dt Ví dụ, đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = eE + qQ ta có vận tốc tức thời của phản ứng là: (6-3) q dCQ dC b dCB e dCE v=− A =− =+ =+ dt a dt a dt a dt 65 6.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC PHẢN ỨNG 6.2.1. ảnh hưởng của nồng độ đến vận tốc phản ứng. Định luật tác dụng khối lượng Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng độ được xác định bằng định luật tác dụng khối lượng Gulberg và Waage: Vận tốc của một phản ứng xảy ra trong môi trường đồng thể ở một nhiệt độ xác định tỷ lệ thuận với tích nồng độ của các chất tham gia phản ứng. Ví dụ : vận tốc của phản ứng: H2 (k) + I2 (k) = 2HI được tính theo định luật tác dụng khối lượng là: (6-4) Đối với phản ứng tổng quát: mA + nB = C ta có: v = kC m n CB A (6-5) trong đó : k – hằng số vận tốc CA và CB - nồng độ tương ứng với các hợp chất A và B. 6.2.2. ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng Sự tăng nhiệt độ trong đa số các trường hợp đều làm tăng vận tốc phản ứng. Từ kết quả nghiên cứu một số lượng lớn phản ứng, Vant Hoff đã rút ra quy tắc kinh nghiệm sau: Nếu nhiệt độ phản ứng tăng thêm 10 0C thì vận tốc của đa số phản ứng sẽ tăng 2 – 4 lần. Quy tắc kinh nghiệm Vant Hoff được biểu diễn bằng công thức sau: T 2 − T1 v2 = γ ⋅ v1 10 (6-6) trong đó : v1 và v2 là vận tốc phản ứng tương ứng với nhiệt độ T1 và T2. g - chỉ số nhiệt độ (hệ số Vant Hoff). 66 Vận tốc phản ứng tính theo công thức Vant Hoff có giá trị gần đúng. Để có giá trị chính xác hơn, nguời ta xác định vận tốc phản ứng theo phương trình Arrhenius: Ea − k = C ⋅e (6-7) RT trong đó: k – hằng số vận tốc C – hằng số trước luỹ thừa Ea – năng lượng hoạt hoá 6.2.3. Thuyết va chạm hoạt động : Thực nghiệm cho thấy vận tốc phản ứng không phải phụ thuộc vào tần số va chạm (số va chạm trong một đơn vị thời gian) giữa các phân tử của các chất tham gia phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào tần số va chạm giữa các phân tử hoạt động cao. Đó là những phân tử được tạo thành do sự tăng năng lượng nhiệt động của phân tử, sự tăng nội năng, sự phân ly thành các gốc tự do hoặc các ion. Năng lượng cần thiết cung cấp cho các phân tử có trong một mol (số Avogadro) để chuyển tất cả chúng thành các phân tử hoạt động được gọi là năn ...