Phản ứng xúc tác - Phần 2 potx

2. 2. Đặc điểm chung của tác dụng xúc tácĐặc điểm chung của tác dụng xúc tác
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
Định nghĩa xúc tácĐịnh nghĩa xúc tác
Hiện tượng biến tốc độ phản ứng Hiện tượng biến tốc độ phản ứng
hóa học hay kích động chúng do hóa học hay kích động chúng do
những chất mà cuối cùng vẫn những chất mà cuối cùng vẫn
được phục hồiđược phục hồi
Sự xúc tác:Sự xúc tác:
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
được phục hồiđược phục hồi
Chất xúc tác:Chất xúc tác:
Chất gây nên sự xúc tácChất gây nên sự xúc tác
Quan điểm hiện đại:Quan điểm hiện đại:
CXT có thể biến đổi hoặc không CXT có thể biến đổi hoặc không
Định nghĩa xúc tácĐịnh nghĩa xúc tác
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
CXT có thể biến đổi hoặc không CXT có thể biến đổi hoặc không
biến đổi trong quá trình, nhưng biến đổi trong quá trình, nhưng
không biến đổi theo tỉ lệ hợp thức không biến đổi theo tỉ lệ hợp thức
về lượngvề lượng
với các chất phản ứngvới các chất phản ứng
Hoạt độ của xúc tácHoạt độ của xúc tác

Chất xúc tác rắn: hoạt độ tăng khi Chất xúc tác rắn: hoạt độ tăng khi
hoạt tính của một đơn vị bề mặt tănghoạt tính của một đơn vị bề mặt tăng
Sự biến đổi lượng chất đầu tham gia Sự biến đổi lượng chất đầu tham gia
phản ứng trong một đơn vị thời gian và phản ứng trong một đơn vị thời gian và
trên một đơn vị của lượng chất xúc táctrên một đơn vị của lượng chất xúc tác
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

Hoạt độ có Hoạt độ có thể thay đổithể thay đổi

trong quá trình phản ứng trong quá trình phản ứng ––
độ ổn định, độ bền, tính chất độ ổn định, độ bền, tính chất
hóa học, cấu trúc hình học hóa học, cấu trúc hình học
của xúc tác.của xúc tác.
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
 Nhiệt động họcNhiệt động học
 Năng lượng hoạt hóaNăng lượng hoạt hóa
 Tính chọn lọcTính chọn lọc
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Nhiệt động họcNhiệt động học
A = B khoâng xuùc taùc
∆∆G = G = RTlnKRTlnK
cb cb
= const= const
Xúc tác chỉ có tác dụng trong phạm Xúc tác chỉ có tác dụng trong phạm
vi nhiệt động học cho phépvi nhiệt động học cho phép
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
Phản ứng thuận nghịch: CXT Phản ứng thuận nghịch: CXT
không làm thay đổi mức độ cân bằng không làm thay đổi mức độ cân bằng làm cho phản ứng làm cho phản ứng mau đạt tới trạng thái cân bằngmau đạt tới trạng thái cân bằng
làm tăng vận tốc phản ứng làm tăng vận tốc phản ứng tăng vận tốc phản ứng thuận bao nhiêu lần thì cũng làm tăng vận tốc tăng vận tốc phản ứng thuận bao nhiêu lần thì cũng làm tăng vận tốc
phản ứng nghịch lên bấy nhiêu lầnphản ứng nghịch lên bấy nhiêu lần





A + Xt = Axt
Axt = B + Xt coù xuùc taùc
A = B

cb cb
KK
cb cb
= k/k’ = k/k’
(k, k’: hằng số tốc độ phản (k, k’: hằng số tốc độ phản
ứng thuận và nghịch tương ứng thuận và nghịch tương
ứng)ứng)
Tốc độ phản ứng tăngTốc độ phản ứng tăng là do chất xác tác hướng là do chất xác tác hướng phản ứng tiến phản ứng tiến
hành theo con đường mới có hành theo con đường mới có năng lượng hoạt hóa nhỏnăng lượng hoạt hóa nhỏ hơnhơn
)(. CfkW
=
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Năng lượng hoạt hóaNăng lượng hoạt hóa
RTE
e
k
k
/
0
.
−
=
 Phản ứng xúc tác đồng thể: kPhản ứng xúc tác đồng thể: k
00
đặc trưng cho đặc trưng cho
 tần số va chạm của phân tửtần số va chạm của phân tử
 entropy họat hóaentropy họat hóa
 sự định hướng của va chạmsự định hướng của va chạm
 Phản ứng xúc tác dị thể: kPhản ứng xúc tác dị thể: k
00

đặc trưng cho đặc trưng cho
 entropy hoạt hóa entropy hoạt hóa
 số lượng các trung tâm họat động dẫn đến phản ứngsố lượng các trung tâm họat động dẫn đến phản ứng
e
k
k
0
.
=
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Năng lượng hoạt hóaNăng lượng hoạt hóa
A + B

D
A + B

AB
≠
AB
≠

D
A + [K] A[K]
≠
A[K]
≠
+ B

AB[K]
≠

AB[K]
≠

D + [K]
)(. CfkW
=
RTE
ekk
/
0
.
−
=
RTE
xt
xt
xt
e
k
k
/
,
0
.
−
=
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Năng lượng hoạt hóaNăng lượng hoạt hóa
RTE
xt

RTE
RTE
xt
xt
e
k
k
e
e
k
k
k
k
xt
/
0
,0
/
/
0
,0
∆
−
−
×=×=
∆E = E – E
xt
xt
xt
xt

e
k
k
,
0
.
=
Thực nghiệm cho thấy: Thực nghiệm cho thấy:
 Nếu không có CXT Nếu không có CXT 
phản ứng có năng phản ứng có năng
lượng hoạt hóa Elượng hoạt hóa E
aa
= 44 = 44
Kcal/molKcal/mol
Kcal/molKcal/mol
 CXT: Au CXT: Au
 EE
aa
= 25 Kcal/mol= 25 Kcal/mol
 CXT: Pt CXT: Pt
 EE
aa
= 14 Kcal/mol= 14 Kcal/mol
Chọn lọc sản phẩm: Chọn lọc sản phẩm:
 xúc tác khác nhau sẽ cho các sản phẩm chính khác nhauxúc tác khác nhau sẽ cho các sản phẩm chính khác nhau
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Tính chọn lọcTính chọn lọc
Độ chọn lọc: Độ chọn lọc:
 tỉ số tốc độ tạo sản phẩm tỉ số tốc độ tạo sản phẩm
so với tổng số tốc độso với tổng số tốc độ

chđ
ch
đ
sp
sp
k
dG
dG
I
.








−
=
υ
υ


υ
Đặc trưng chung của tác dụng xúc tácĐặc trưng chung của tác dụng xúc tác
Tính chọn lọcTính chọn lọc
ch
đ











chđ
sp
υ
υ
là tỉ lệ hệ số hợp thức tạo sản phẩm và chất đầu
G
sp
và G
chđ
lượng sản phẩm và lượng chất đầu
 Độ chọn lựa tích phân: I
k
= G
sp chính
/ (G
sp chính
+ G
sp phụ
)
 Tính chất nhiều giai đoạnTính chất nhiều giai đoạn


Hiện tượng đầu độc, xúc tiến, biến tínhHiện tượng đầu độc, xúc tiến, biến tính
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
(rắn (rắn khí, rắn khí, rắn lỏng)lỏng)
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

Hiện tượng đầu độc, xúc tiến, biến tínhHiện tượng đầu độc, xúc tiến, biến tính
 Hiệu ứng bù trừHiệu ứng bù trừ
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Tính chất nhiều giai đoạnTính chất nhiều giai đoạn
 Khuếch tán ngoài, khuếch tán trong (tác chất)Khuếch tán ngoài, khuếch tán trong (tác chất)
 Hấp phụ hoạt hóaHấp phụ hoạt hóa

Phản ứng trên bề mặtPhản ứng trên bề mặt
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

Phản ứng trên bề mặtPhản ứng trên bề mặt
 Giải hấp phụ sản phẩmGiải hấp phụ sản phẩm
 Khuếch tán trong, khuếch tán ngoài (sản phẩm)Khuếch tán trong, khuếch tán ngoài (sản phẩm)
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hiện tượng đầu độcHiện tượng đầu độc
 Làm mất hoàn toàn hay một phần Làm mất hoàn toàn hay một phần
hoạt tính xúc tác dưới tác dụng của hoạt tính xúc tác dưới tác dụng của
một lượng không lớn chất độcmột lượng không lớn chất độc
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
 Phụ thuộc độ tinh khiết của Phụ thuộc độ tinh khiết của
xúc tác và chất phản ứngxúc tác và chất phản ứng
 Đầu độc có tính chất chọn lọcĐầu độc có tính chất chọn lọc
 Đầu độc có thể do làm giảm kĐầu độc có thể do làm giảm k
0,xt0,xt
mà mà

không làm thay đổi Ekhông làm thay đổi E
0,xt0,xt
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hai loại đầu độcHai loại đầu độc
 Đầu độc tạm thời:Đầu độc tạm thời:
 thuận nghịchthuận nghịch
 chỉ che lấp các trung chỉ che lấp các trung
tâm hoạt độngtâm hoạt động
 Đầu độc thực:Đầu độc thực:
 Không thuận nghịchKhông thuận nghịch
 tương tác hóa học tương tác hóa học
hoặc hấp phụ đặc hoặc hấp phụ đặc
trưng giữa chất đầu trưng giữa chất đầu
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
trưng giữa chất đầu trưng giữa chất đầu
độc và CXđộc và CX
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hiện tượng xúc tiếnHiện tượng xúc tiến
Chất xúc tiến làm tăng hoạt tính Chất xúc tiến làm tăng hoạt tính
xúc tác với lượng nhỏxúc tác với lượng nhỏ
Nguyên nhân:Nguyên nhân:
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
Nguyên nhân:Nguyên nhân:

tăng khả năng làm việc của bề mặt (ktăng khả năng làm việc của bề mặt (k
00
))

làm bền cấu trúclàm bền cấu trúc

làm thay đổi bản chất tâm họat động làm thay đổi bản chất tâm họat động
(thay đổi E(thay đổi E
xtxt
))
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hiện tượng xúc tiếnHiện tượng xúc tiến
Một số trường hợp đặc biệtMột số trường hợp đặc biệt
đầu độcđầu độc xúc tiếnxúc tiến
ZZ
A + B A + B





C + DC + D
O + P O + P





R + SR + S
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
A + B A + B






C + DC + D
O + P O + P





R + SR + S
ZZ
xúc tiếnxúc tiến
O + P O + P 



 R + SR + S
đầu độcđầu độc
O + P O + P 



 R + SR + S
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hiện tượng biến tínhHiện tượng biến tính
Ứng với một thành phần xác định của xác tácỨng với một thành phần xác định của xác tác
Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM
ZZ
TT
11
,, kk
0xt0xt

,, EE
xtxt
xúc tiếnxúc tiến
O + P O + P 



 R + SR + S
TT
22
, k, k
0xt0xt
,, EE
xtxt
đầu độcđầu độc
Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thểĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể
Hiệu ứng bù trừHiệu ứng bù trừ
 Là hiệu ứng thay đổi đồng thời kLà hiệu ứng thay đổi đồng thời k
0xt0xt
và Evà E
xtxt
nhưng diễn ra theo hướng bù trừ nhau để đạt nhưng diễn ra theo hướng bù trừ nhau để đạt
kết quả tốc độ phản ứng không đổikết quả tốc độ phản ứng không đổi
E E
∆ ∆
 Khi đạt giá trị TKhi đạt giá trị T
SS
thì sẽ có sự bù trừ hoàn thì sẽ có sự bù trừ hoàn
toàn, k=const dù ktoàn, k=const dù k
0xt0xt

và Evà E
xtxt
có thay đổicó thay đổi
lg
oxt
s
E E
k
const RT
∆ ∆
∆ = =
