Nhiệt động hóa học và ứng dụng của nó trong công nghiệp

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
“Vũ trụ chỉ là vật chất vận động…”
"vật chất là phạm trù triết học dùng để chỉ thực tại khách quan được đem lại cho con
người trong cảm giác, được cảm giác của chúng ta chép lại, chụp lại, phản ánh và tồn tại
không lệ thuộc vào cảm giác".
V.I. LÊNIN
Trong quá trình phát triển của hóa học từ thời sơ khai cho đến hiện tại đã có nhiều
khám phá quan trọng, đặc biệt khi hóa học trở thành một ngành khoa học độc lập thì
những thành tựu càng đi đúng hướng và ngày càng có nhiều khám phá, phát minh quan
trọng làm thay đổi thế giới, thay đổi con người. Hóa học là môn khoa học tự nhiên nghiên
cứu kết hợp và phân ly của các chất ở mức độ phân tử, là bộ môn khoa học để nhận thức
và cải tạo tự nhiên vô cùng quan trọng mà con người luôn luôn sử dụng trong suốt chặng
đường tiến lên xã hội văn minh. Trước khi khoa hjc hóa học ra đời thì hóa học thực
nghiệm đã xuất hiện từ thời cổ đại Ai Cập. Như cách đây 3000 năm trước công nguyên đã
xuất hiện các ngành sản xuất thủy tinh, men, gốm, sứ, đồng, chì, bạc,…trải qua một thời
gian dài thì đến thế kỉ 19 đã có bước phát triển mạnh và phân hoá thành nhiều ngành độc
lập, trong đó có hóa lý. Như chúng ta đã biết hóa lý là ngành học của hóa học nghiên cứu
1
các quá trình hóa học theo phương diện và học thuyết của vật lý. Hóa lý học hiện đại dựa
trên nền tảng của vật lý. Trong các lĩnh vực nghiên cứu của hóa lý phải kể đến: nhiệt động
học, động hóa học,điện hóa học và hóa phóng xạ. Qua bài tiểu luận này hi vọng chúng ta
sẽ hiểu sâu hơn về quá trình hình thành và phát triển của hóa lý từ thế kỉ 19 đến 20 cũng
như các đóng gớp to lớn của các nhà khoa học.
1. Nhiệt động hóa học
Trong lịch sử, trước yêu cầu cấp bách của sức sản xuất, nhiệt động lực học đã xuất
hiện đầu tiên như một ngành nghiên cứu chuyển nhiệt ra công(máy hơi nước). Về sau
các dạng khác của năng lượng( điện, từ, hóa học, bức xạ,…) mới dần dần được đưa
vào lĩnh vực nghiên cứu của nhiệt động lực học. Như vậy nhiệt động lực học khôngchỉ
nghiên cứu những hiện tượng nhiệt, tuy nhiên, đối với những hiện tượng khác, nó tiến
hành nghiên cứu theo quan điểm những đặc điểm của dạng vận động nhiệt.

1.1. Cơ sở nhiệt động hóa học
Môn nhiệt động lực học được xây dựng thành một môn độc lập vào khoảng giữa
thế kỉ 19, chủ yếu dựa vào hai định luật cơ bản hay còn gọi là nguyên lý thứ nhất và thứ
hai nhiệt động lực học. Hai nguyên lý này là sự tổng quát hóa kinh nghiệm nhiều thế kỉ
của loài người. Cả hai đều được thừa nhận như những tiên đề không thể chứng minh
bằng lý thuyết nhưng sự đúng đắn của chúng được xác nhận ở chỗ không một hệ quả
nào có thể rút ra một cách logic từ những nguyên lý đó mà mâu thuẩn với thực nghiệm.
Nguyên lý thứ nhất biểu thị mặt định lượng của định luật bảo toàn và chuyển hóa
năng lượng ở những hệ vĩ mô có liên quan đến những hiện tượng nhiệt. Định luật khẳng
định rằng năng lượng luôn được bảo toàn. Nói cách khác, tổng năng lượng của một hệ
kín là không đổi. Các sự kiện xảy ra trong hệ chẳng qua là sự chuyển năng lượng từ
dạng này sang dạng khác. Như vậy năng lượng không thể sinh ra từ hư không, nó luôn
2
biến đổi trong tự nhiên. Trong toàn vũ trụ, tổng năng lượng không đổi, nó chỉ có thể
chuyển từ hệ này sang hệ khác. Người ta không thể "tạo ra" năng lượng, người ta chỉ
"chuyển dạng" năng lượng mà thôi.
Nguyên lý thứ hai là định luật về entropi, cho phép xác định chiều diễn biến của các
quá trình trong tự nhiên và những điều kiện của cân bằng nhiệt động. Nguyên lý này phát
biểu rằng entropy của một hệ kín chỉ có hai khả năng, hoặc là tăng lên, hoặc giữ nguyên.
Từ đó dẫn đến định luật là không thể chuyển từ trạng thái mất trật tự sang trạng thái trật tự
nếu không có sự can thiệp từ bên ngoài.
Hai nguyên lý trên đủ để xây dựng cơ sở cho động lực hóa học và cho những ứng
dụng vô cùng phong phú của môn này. Phụ thêm vào chúng còn một nguyên lý nữa đó là:
Nguyên lý ba, hay nguyên lý Nernst, còn gọi là nguyên lý độ không tuyệt đối, đã từng
được bàn cãi nhiều nhất, gắn liền với sự tụt xuống một trạng thái lượng tử cơ bản khi nhiệt
độ của một hệ tiến đến giới hạn của độ không tuyệt đối. Định luật này được phát biểu như
sau: “Trạng thái của mọi hệ không thay đổi tạinhiệt độ không tuyệt đối(0°K)”.Nguyên lý
này được xây dựng ở đầu thế kỉ 20. Nó không có tính tổng quát như hai nguyên lý trên
nhưng cần cho nhiều bài tính về cân bằng hóa học.
Còn có một định luật thực nghiệm đôi khi gọi là nguyên lý số không của nhiệt động

lực học. Định luật này là cơ sở cho sự xây dựng những thang đo nhiệt độ khác nhau.
Nhiệt động học là môn khoa học nghiên cứu các quy luật điều khiển sự trao đổi
năng lượng, đặc biệt là các quy luật liên quan tới biến đổi nhiệt năng thành các dạng năng
lượng khác và những biến đổi qua lại giữa các dạng năng lượng đó.
Nhiệt động học hóa học là khoa học nghiên cứu các ứng dụng của nhiệt động học
vào hóa học để tính toán thăng bằng về năng lượng và rút ra một số đại lượng làm tiêu
chuẩn để xét đoán chiều hướng của một quá trình hóa học, hóa lý.
1.2. Những nhà bác học và đóng góp của họ trong sự phát triển nhiệt động hóa
học
Trái với nhiều chuyên ngành khoa học khác, bộ môn nhiệt động học mới chỉ xuất hiện
cách đây chưa lâu.
Những nghiên cứu đầu tiên mà chúng ta có thể xếp vào ngành nhiệt động học chính là
những công việc đánh dấu và đo nhiệt độ, lần đầu tiên được thực hiện bởi nhà khoa học
người Đức Gabriel Fahrenheit (1686-1736) - người đã đề xuất ra thang đo nhiệt độ đầu
tiên mang tên ông. Trong thang nhiệt này, 32 độ F và 212 độ F là nhiệt độ tương ứng với
thời điểm nóng chảy của nước đá và sôi của nước. Nhà bác học Thụy Sĩ Anders Celsius
(1701-1744) cũng xây dựng nên một thang đo nhiệt độ đánh số từ 0 đến 100 mang tên ông
dựa vào sự giãn nở của thủy ngân.
Những nghiên cứu tiếp theo liên quan đến quá trình truyền nhiệt giữa các vật thể. Nếu
như nhà bác học Daniel Bernoulli (1700-1782) đã nghiên cứu động học của các chất khí
3
và đưa ra liên hệ giữa khái niệm nhiệt độ với chuyển động vi mô của các hạt. Ngược lại,
nhà bác học Antoine Lavoisier (1743-1794) lại có những nghiên cứu và kết luận rằng quá
trình truyền nhiệt được liên hệ mật thiết với khái niệm dòng nhiệt như một dạng chất lưu.
Tuy nhiên, sự ra đời thật sự của bộ môn nhiệt động học là phải chờ đến mãi thế kỉ thứ
19 với tên của nhà vật lý người Pháp Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) cùng
với cuốn sách của ông mang tên "Ý nghĩa của nhiệt động năng và các động cơ ứng dụng
loại năng lượng này". Ông đã nghiên cứu những cỗ máy được gọi là động cơ nhiệt: một hệ
nhận nhiệt từ một nguồn nóng để thực hiện công dưới dạng cơ học đồng thời truyền một
phần nhiệt cho một nguồn lạnh. Chính từ đây đã dẫn ra định luật bảo toàn năng lượng

(tiền đề cho nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học), và đặc biệt, khái niệm về quá trình
thuật nghịch mà sau này sẽ liên hệ chặt chẽ với nguyên lý thứ hai. Ông cũng bảo vệ cho ý
kiến của Lavoisier rằng nhiệt được truyền đi dựa vào sự tồn tại của một
dòng nhiệt như một dòng chất lưu.
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832)
Những khái niệm về công và nhiệt được nghiên cứu kĩ lưỡng
bởi nhà vật lý người Anh James Prescott Joule (1818-1889) trên phương diện thực
nghiệm và bởi nhà vật lý người Đức Robert Von Mayer (1814-1878) trên phương diện
lý thuyết xây dựng từ cơ sở chất khí. Cả hai đều đi tới một kết quả tương đương về công
và nhiệt trong những năm 1840 và đi đến định nghĩa về quá trình chuyển hoá năng
lượng. Chúng ta đã biết rằng sự ra đời của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học là do
một công lao to lớn của Mayer.
4
Robert Von Mayer (1814-1878) Robert Von Mayer (1814-1878)
Nhà vật lý người Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đã đưa ra phương trình trạng
thái của chất khí lý tưởng vào năm 1843.
Tuy nhiên, chỉ đến năm 1848 thì khái niệm nhiệt độ của nhiệt động học mới được
định nghĩa một cách thực nghiệm bằng kelvin bởi nhà vật lý người Anh, một nhà quí
tộc có tên là Sir William Thomson hay còn gọi là Lord Kelvin (1824-1907).

William Thomson(1824-
1907)
Chúng ta không nên nhầm lẫn ông với nhà vật lý cùng họ Joseph John Thompson
(1856-1940), người đã khám phá ra electron và đã phát triển lý thuyết về hạt nhân.
Định luật bảo toàn khối lượng chính là nội dung của nguyên lý 1, được phát hiện
bởi Nhà bác học người Nga Mikhai Lomonosov (1711-1765) và sau này đưoc phát
triển trong nhiệt động học là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: “Năng
lượng không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng này sang
dạng khác”.
Mikhai Lomonosov (1711-1765)

5
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động học đã được giới thiệu một cách gián tiếp trong
những kết quả của Sadi Carnot và được công thức hoá một cách chính xác bởi nhà vật lý
người Đức Rudolf Clausius (1822-1888) - người đã đưa ra khái niệm entropy vào những
năm 1860.


Rudolf Clausius (1822-1888)
Những nghiên cứu trên đây đã cho phép nhà phát minh người Tô Cách Lan James
Watt (1736-1819) hoàn thiện máy hơi nước và tạo ra cuộc cách mạng công nghiệp ở thế
kỉ thứ 19.
Cũng cần phải nhắc đến nhà vật lý người Áo Ludwig Boltzmann (1844-1906), người
đã góp phần không nhỏ trong việc đón nhận entropy theo quan niệm thống kê và phát triển
lý thuyết về chất khí vào năm 1877. Tuy nhiên, đau khổ vì những người cùng thời không
hiểu và công nhận, ông đã tự tử khi tài năng còn đang nở rộ. Chỉ đến mãi về sau thì tên
tuổi ông mới được công nhận và người ta đã khắc lên mộ ông, ở thành phố Vienne, công
thức nổi tiếng W = k.logO mà ông đã tìm ra.
Riêng về lĩnh vực hoá nhiệt động, chúng ta phải kể đến tên tuổi của nhà vật lý, hóa học
người Hà Lan J.H. Van’tHoff (1885), nhà vật lý Đức Hermann Von Helmholtz (1821-
1894) và nhà vật lý Mỹ Willard Gibbs (1839-1903). Chính Gibbs là người đã có những
đóng góp vô cùng to lớn trong sự phát triển của vật lý thống kê, ông đã có nhiều đóng góp
trong việc nghiên cứu lí thuyết cân bằng, đưa ra khái niệm năng lượng tư do hay còn goi
là năng lượng Gibbs. Từ đó ông đã nghiên cứu cân bằng pha và đưa ra quy tắc pha nổi
tiếng, và chính ông đã xây dựng biểu đồ tam giác để biểu diễn thành phần hệ 3 cấu
tử.Hàm Gibbs còn có một ý nghĩa quan trọng trong hóa học, là thước đo đúng đắn cho ái
lực hóa học.
6
Hermann Von
Helmholtz (1821-
1894) Willard Gibbs (1839-1903)

Năm 1840, nhà bác học người Nga Harry Hammond Hess (1906-1969) đã đưa ra
định luật mang tên ông: “Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học không phụ thuộc vào
đường đi mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng tahsi cuối của các chất phản ứng”.
Định luật này được Hess thiết lập đầu tiên năm 1836 dựa trên cơ sở thực nghiệm trước khi
ra đời nguyên lý I. Tuy nhiên, ta có thể chứng minh được rằng định luật Hess là hệ quả
của nguyên lý I.
Harry Hammond Hess (1906-1969)
7
Walther Hermann Nernst (1864 -1941) là nhà hóa học nổi tiếng người Đức. Ông
đoạt Giải Nobel Hóa học năm 1920 nhờ công trình khoa học sau: Nghiên cứu, tính toán
về ái lực hóa học và nguyên lý 3 của nhiệt động lực học hay nguyên lý Nernst, còn gọi là
nguyên lý độ không tuyệt đối.
Walther Hermann Nernst
(1864 -1941)
Cuối cùng, để kết thúc lịch sử của ngành nhiệt động học, xin được nhắc đến nhà vật lý
người Bỉ gốc Nga Ilya Prigonine (sinh năm 1917) - người đã được nhận giải Nobel năm
1977 về những phát triển cho ngành nhiệt động học không cân bằng.
Ilya Prigonine(1917)
8
2. Động hóa học
2.1. Cơ sở động hóa học
Ðộng học hóa học là một bộ phận của hóa lý. Ðộng học hóa học có thể được gọi tắt
là động hóa học.
Ðộng hóa học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học. Tốc độ phản ứng
hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Các yếu tố đó là nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung
môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối Nghiên cứu các yếu tố
ảnh hưởng đó lên tốc độ phản ứng, người ta mới hiểu biết đầy đủ bản chất của các biến
hóa xảy ra trong mỗi phản ứng hóa học, xác lập được cơ chế phản ứng. Nhờ hiểu rõ cơ chế
phản ứng, cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp tác động lên phản ứng, tinh
chế độ làm việc tối ưu của lò phản ứng làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo

ra sản phẩm theo ý muốn.
Người ta phân biệt động hóa học hình thức và động hóa học lý thuyết. Ðộng hóa học
hình thức chủ yếu thiết lập các phương trình liên hệ giữa nồng độ chất phản ứng với hằng
số tốc độ và thời gian phản ứng, còn động hóa học lý thuyết dựa trên cơ sở cơ học lượng
tử, vật lý thống kê, thuyết động học chất khí tính được giá trị tuyệt đối của hằng số tốc độ
phản ứng. Ðó là thuyết va chạm hoạt động và phức hoạt động.
2.2. Các nhà bác học và những đóng góp của họ trong sự phát triển động hóa học
Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng
hữu cơ trong pha lỏng. Những người đầu tiên trong lĩnh vực này là Wilamson, Wilhelmy
(1812 - 1864) và các tác giả của định luật tác dụng khối lượng, Guldberg (1836 - 1902)
và Wage (1833 - 1900).
Những cơ sở của động
hóa học được đúc kết
trong các công trình của
Van't Hoff (1852- và
Arrhenuis (1859-1927)
trong những năm 1880,
trong đó đã đưa ra khái
niệm về năng lượng
hoạt động hóa và giải
thích ý nghĩa của bậc
phản ứng trên cơ sở của
thuyết động học. Van't Hoff (1852-1911) Arrhenuis (1859-1927)
Khái niệm về xúc tác được Berzlius đưa vào khoa học 1835. Ostwald đã có nhiều
đóng góp trong lĩnh vực này, ông đã đưa ra định nghĩa chất xúc tác. Năm 1905 Silov đưa
9
ra lý thuyết về phản ứng liên hợp. Phản ứng quang hóa được nghiên cứu trong các công
trình của B.Denstein (1871 - 1942), Einstein (1879 - 1955), Nernst. Phản ứng dây
chuyền được Semenov (1896) và Hinshelwood (1879 - 1967) nghiên cứu từ khoảng năm
1926, đưa đến hình thành lý thuyết phản ứng dây chuyền.

Trong những năm 1930, trên cơ sở các công trình nghiên cứu của Eyring, Evans và
Polani đã hình thành lý thuyết tốc độ tuyệt đối của phản ứng hóa học.
Nhiều nhà hoá học quan tâm đến vấn đề tốc độ phản ứng hóa học. Tiên phong cho vấn
đề này là A. Uyliamxon, L.F. Wilhelmy và C.L. Berthollet nhưng không đi đến kết quả
rõ ràng. Đến năm 1867, hai nhà nghiên cứu Thụy Điển là C.M Gulberg và P. Waage mới
tìm ra ảnh hưởng của khối lượng(tức nồng độ) đến tốc đọ phản ứng và phát biểu định luật
tác dụng cân bằng phản ứng. Vấn đề này được các nhà bác học nghiên cứu ở thế kỉ 20 và
có nhiều ứng dụng to lớn cho đến ngày nay.
Xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Theo truyền
thống thì lịch sử phát triển của hóa học xúc tác thế kỉ 19-20 trải qua 6 giai đoạn:
- Thời kỳ đầu đến 1834
- Từ năm 1835 đến 1887
- Từ năm 1888 đến 1918
- Từ năm 1918 đến 1945
- Từ năm 1946 đến 1970
- Từ năm 1970 đến hết năm 2000
• Học thuyết xúc tác trong giai đoạn đầu đến năm 1834
Trong thời kì đầu hai nhà bác học Fulhame(1794) và Kirchhoff(1812) cho thấy
xúc tác không thay đổi trong phản ứng hóa học
Các nhà bác học H. Davy(1817), Erman(1818), Dobreiner(1822) nghiên cứu phản
ứng giữa oxygen và hydrogen trên xúc tác platin do H.
Nhà hóa học Henry (1825) nghiên cứu nhiễm độc xúc tác platin bởi dẫn xuất lưu huỳnh.
Nhà hóa học Phillips phát triển quá trình xúc tác thương mại đầu tiên, oxi hóa khí
SO
2
trên xúc tác platin. M. Faraday nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện xử lý ban đầu,
nhiễm độc và phục hồi xúc tác platin trên phản ứng của oxy và hydro.
Năm 1835, Berzelius phân tích hệ thống các
kết quả và đưa ra thuật ngữ Catalysis, mở ra một kỷ
nguyên mới cho khoa học xúc tác.

10
Berzelius(1779-1848)
• Giai đoạn từ năm 1835 đến 1887
Giai đoạn này đánh dấu bằng những nghiên cứu hệ thống, phát minh các quá trình
xúc tác mới, và nhận thức sâu hơn về phản ứng hóa học.Năm 1850, Wilhelmy chứng tỏ
tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc vào tác chất, từ đây phát hiện tính thuận nghịch của
phản ứng hóa học.
Năm 1862, Berthollet và Pean Gilles cho thấy tốc độ phản ứng este hóa tỷ lệ với
nồng độ axit.
Năm 1864, C.M Gulberg và P. Waage thiết lập định luật tác dụng khối lượng.
Năm 1877, Lemoine cho thấy chất xúc tác giúp phản ứng nhanh đạt cân bằng.
W. Ostwald cho rằng chất xúc tác không gây ra phản ứng hóa học, nó chỉ tăng tốc
độ hay kiềm hãm phản ứng mà thôi. Ông đạt giải Nobel Hóa học năm 1909 về lĩnh vực
xúc tác. Ostwald viết: “Không có phản ứng hóa học nào mà không bị ảnh hưởng của xúc
tác”. Giai đoạn này cũng chứng kiến hàng trăm quá trình xúc tác mới ra đời.

11
W. Ostwald(1853-1932)
• Giai đoạn từ năm 1888 đến 1918: Xúc tác công nghiệp ra đời
Sự phát triển của kiến thức hàn lâm chuyển sang nhứng ứng dụng công nghiệp. Năm
1888, Knietsch phát triển hỗn hợp xúc tác Platin và Vanadium (V) Oxide cho quá trình
sản xuất công nghiệp H2SO4.
Quá trình tổng hợp ammoniac quan trọng nhất
trong giai đoạn này, Haber và Nernst phát triển nó
từ năm 1902 đến 1905 trên cơ sở Fe cho quá trình sản
xuất ở nhiệt độ cao và áp suất cao.

Fritz Haber(1868-1934)
Năm 1906, Ostwald thực hiện oxi hóa ammoniac (NH3) thà18nh Acid nitric

(HNO3) với hỗn hợp xúc tác Platin và Rhodium (Rh). NH3 chủ yếu làm phân bón nhưng
nhờ quá trình này có thể dùng làm sản xuất chất nổ phục vụ Chiến tranh Thế giới thứ
nhất.
Năm 1909, Mistasch phát triển chất xúc tác công nghiệp đầu tiên cho sản xúc NH3
đầu tiên từ khí Nitơ (N2) và Hidro (H2). Năm 1913 hầu hết ammoniac ở Châu Âu dùng để
sản xuất chất nổ phục vụ cho chiến tranh thế giới thứ I xảy ra năm 1914.
Năm 1915, Irving Langmuir đưa ra lý thuyết hấp phụ đơn lớp, cái mà sau này có
ứng dụng rất nhiều trong xúc tác.
12
Irving Langmuir(1881-1957)
Năm 1918, Haber nhận giải Nobel hóa học và chiến tranh Thế giới thứ I kết thúc.
Nhìn chung khoa học xúc tác giai đoạn này chủ yếu phục vụ chiến tranh.
• Giai đoạn từ năm 1918 đến 1945: Xúc tác cho quá trình sản xuất nhiên liệu
Chiến tranh kết thuc, nhu cầu về thuốc nổ giảm nhiều các ngành công nghiệp
được hướng sang tổng hợp nhiên liệu và các quá trình tổng hợp mới.
Năm 1920, Standard Oil Company sản xuất Isopropanol từ nguyên liệu dầu
mỏ, đay là quá trình đầu tiên của ngành công nghiệp hóa dầu.
Năm 1921, Thomas Midgley phát minh ra chì tetraethyl dùng làm tác nhân
kích nổ trong xăng.
Năm 1922, Fischer và Tropsch tổng hợp hydrocacbon từ CO và H2 và năm
1925 tổng hợp hiệu suát cao trên hỗn hợp xúc tác Fe-Co-Ni.
Năm 1926, DuPont sản xuất methanol tổng hợp dùng cho fuel cell.
Năm 1927, Hinshelwood dựa trên ý tưởng của Langmuir đề nghị lý thuyết
động học Langmuir- Hinshelwood áp dụng để mô hình hóa xúc tác, thiết kế lò
phản ứng và các nền tảng khoa học trong công nghệ hóa học.
Năm 1932, Langmuir đạt giải Nobel Hóa học. Năm 1936, Eugene Houdry
phát triển quá trình xúc tác cắt mạch bằng nhiệt (cracking petroleum). Đây là
một trong những quá trình quan trọng nhất để tạo ra các chất phụ gia thay thế
chì tetraethyl (chất độc) trong xăng.
Năm 1940, Temkin mô tả động học quá trình amminiac, Hendrik Kraner

công bố nghiên cứu về động học phản ứng xúc tác.
Năm 1941, Lewis và Gilliand phát triển công nghệ xúc tác cắt mạch các
phân tử trong dòng chảy liên tục (cracking fluid_FCC) thay thế công nghệ xúc
tác cố định (fixed-bed) của Houdry. Nhờ FCC mà một lượng nhiên liệu khổng lồ
được sản xuất dùng cho máy bay phục vụ Chiến Tranh Thế Giới Thứ II.
13
Lewis(1882-1975) Gilliand

• Giai đoạn từ năm 1946 đến năm 1970: Xúc tác cho công nghiệp hóa dầu
Sau chiến tranh Thế Giới thứ II kết thúc, công nghiệp xe hơi bùng nổ ở Châu Âu khéo
theo ngành công nghiệp dầu hỏa tiếp tục phát triển mạnh. Bên cạnh đó, quá trình sản xuất
các Polimer phục vụ cho đời sống và công nghiệp từ hóa dầu bằng xúc tác cũng đóng vai
trò quan trọng.
Trong năm 1949, Hội nghị về xúc tác đầu tiên tổ chức tại Pennsylvania (Mỹ), nhà máy
sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ dành cho thương mại đầu tiên được xây dựng. Năm 1950,
Hội Faraday tổ chức hội nghị xúc tác dị thể đầu tiên và 1951 Wheeler phát hiện ảnh
hưởng của quá trình khuếch tán đến hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác, nó đóng vai trò
quan trọng trong thiết kế các hệ thống xúc tác trong công nghiệp.
Năm 1953, Karl Ziegler phát hiện xúc tác cho phản ứng trùng hợp ethylene tạo
polyethylene mạch thẳng và năm 1954 Giulio Natta tạo polimer có cấu trúc lập thể đặc
biệt trên cơ sở xúc tác của Ziegler. Ziegler và Natta nhận giải Nobel Hóa học năm 1963.
Giulio Natta(1903-
1979)
Cũng trong năm 1953, Oblad phát hiện Reforming naphtha trên xúc tác lưỡng chức
năng. Đến năm 1954, Eischen dùng phổ hồng ngoại IR nghiên cứu tâm hoạt động xúc tác,
Phillips Petroleum dùng xúc tác Cr tổng hợp polyethylene và Gulf Oil tổng hợp cao su
nhân tạo trên xúc tác Ziegler-Natta.
Trong năm 1956, Hội nghị xúc tác quốc tế (ICC) đầu tiên tổ chức tại Philadelphia
(Mỹ). Đến năm 1960, 3 quá trình công nghiệp quan trọng đưa vào thương mại đó là: tổng
hợp Acetaldehyde từ athylen; tổng hợp Cyclohexene từ benzen; sản xuất acrylonitrile.

Năm 1962, tạp chí Journal of Catalysis ra đời và các nhà khoa học tìm ra hỗn hợp
xúc tác Ni-K-Al2O3 cải thiện hoạt tính và độ chọn lọc trong quá trình xúc tác sản xuất
hydro.
14
Năm 1964, Mobil Oil cho ra đời xúc tác Zeolite dùng trong quá trình cracking xúc
tác; Banks nghiên cứu và phát triển phản ứng chuyển vị của các chất hữu cơ không no;
Coonradt và Garwood đưa ra cơ chế Hydro-cracking và Blyholder đưa ra cơ chế hấp phụ
CO trên các kim loại chuyển tiếp.
Năm 1965, Wilkinson phát triển xúc tác đồng thể trong các loại phản ứng như phản
ứng hydrogen hóa, đồng phân hóa, hydroformyl hóa, từ đây xuất hiện nhánh mới trong
xúc tác đó là xúc tác đồng thể và Wilkinson nhận giải Nobel Hóa học năm 1973. Ngày nay
xúc tác đồng thể ứng dụng nhiều trong sản xuất dược phẩm và hóa chất tinh vi.
Geoffrey Wilkinson(1921-
1996)
Năm 1966, ICI tổng hợp metanol trên xúc tác Đồng, dung thay thế cho Chì
tetraethyl. Cũng trong năm, Pearson đưa ra khái niệm Acid Bazo cứng mềm, Hardeveld
và Montfoort phát triển phương pháp tỉ số phối trí các nguyên tử trên bề mặt.
• Giai đoạn từ năm 1970 đến hết năm 2000
Đầu thập kỷ 70, cuộc sống con người được cải thiện hơn, thế giới bắt đầu chú ý đến
ảnh hưởng của nền công nghiệp đến môi trường qua xuất bản “Silent Spring” của tác giả
Rachel Carson.
Năm 1974, ba phương pháp dùng xúc tác để xử lý khí thải trong xe hơi ra đời, đây là
một trong những thành công nhất của lĩnh vực xúc tác dị thể suốt mấy chục năm qua,
Roland và Molina phát hiện tầng ozone do xúc tác Chlorine. Xúc tác Zeolite cũng đóng
môt vai trò quan trọng.
Trong năm 1976, Mobil Oil tạo ra Zeolite ZSM-5 có tác dụng chuyển methanol thành
xăng, một giải pháp cho cuộc khủng hoảng năng lượng đầu những năm 70 của thế kỉ
20.Năm 1986, quá trình khử xúc tác chọn lọc (SCR) kiểm soát NOx được thương mại hóa.
Ngoài ra có thể kể đến TiO2 trong oxy hóa chất bẩn hữu cơ.
15

Năm 1972, Fujishima và Honda oxy dùng hệ xúc tác TiO2-Pt để tách nước, mở đầu co
kỹ thuật xúc tác quang hóa (photocatalysis). Năm 1974, Knowles tìm ra được phản ứng
hydrogen hóa bất đối xứng.
Năm 1980, Union Carbide và Shell phát triển quá trình sản xuất LLDPE (linear low-
density polyethylene).
Năm 1982, Erlt xác định năng lượng từng phần trong tổng hợp Ammoniac.
Năm 1983, Ashland Petroleum đưa ra quá trình cracking khử dầu nặng, quá trình
epoxy hóa chọn lọc olefin với hệ xúc tác titanium silicalite (TS-1).
Năm 1990, chuyển benzen thành phenol với hệ xúc tác Fe-ZSM-5, Fischer-Tropsch tạo
ra được xúc tác cho phản ứng tạo alpha-olefin.
Năm 1992, xúc tác thương mại Non-Fe cho quá trình tổng hợp ammoniac và tổng hợp
MCM-41.
Năm 1995, xúc tác chuyển hóa khí ozon dùng trong kỹ thuật hàng không.
Năm 1999, quá trình UOP được tạo ra để dẫn xuất các dẫn xuất chứa vòng từ LPQ
(hỗn hợp hydrocacbon từ 3 cacbon và 4 cacbon).
16
3. Hóa phóng xạ
3.1. Cơ sở hóa phóng xạ
Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra
các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng
xạ gọi là các đồng vị phóng ,còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền.
Các nguyên tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là
nguyên tố phóng xạ. Các tia phóng xạ có từ tự nhiên có thể bị chặn bởi các tầng khí quyển
của Trái Đất.
Hóa phóng xạ là chuyên ngành của hóa lý nhằm nghiên cứu các đồng vị, nguyên tố và
hợp chất phóng xạ, các quy luật và tính chất hóa lý của chúng, nghiên cứu hóa học các
biến đổi của hạt nhân và các quá trình hóa lý liên quan đến vấn đề này.
3.2. Các nhà bác học và những đóng góp của họ cho hóa học phóng xạ
Vào thời kì phát triển đầu tiên của hóa phóng xạ, thuật ngữ hóa phóng xạ được xem
như chuyên ngành của hóa học dành riêng cho việc nghiên cứu hóa học của các nguyên tố

phóng xạ.
Năm 1895, Nhà Vật lý Roentgen đã phát hiện ra tia X. Vói phát minh này ông được
nhận được giải Nobel đầu tiên về vật lý năm 1901. Sự nghiên cứu quang phổ ánh sáng
thường, quang phổ phát xạ và quang phổ tia X có ý nghĩa hàng đầu giúp soi sáng việc tìm
hiểu cấu tạo nguyên tử H và những nguyên tử của các nguyên tố khác.
Roentgen(1845-1923)
Năm 1896 nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel và sau đó là ông bà Pierre Cuire
và Marie Curie phát hiện ra rằng các hợp chất của uranium có khả năng tự phát ra những
tia không không nhìn thấy được, có thể xuyên qua những vật mà tia sáng thường không đi
17
qua được gọi là các tia phóng xạ. Dưới tác dụng của điện trường tia phóng xạ bị tách làm
3 tia:
+ Tia alpha lệch về phía cực âm của điện trường, gồm các hạt anpha mang điện tích
dương (gấp 2 lần điện tích cuả proton), có khối lượng bằng khối lượng của nguyên tử heli.
+ Tia beta bị lệch về phía cực dương của điện trường gồm các hạt electron.
+ Tia gama không lệch về cực nào của điện trường, có bản chất như tia sáng.
Những nghiên cứu về bản chất của các hiện tượng phóng xạ chứng tỏ rằng hạt nhân
của các nguyên tử phóng xạ không bền, tự phân hủy và phóng ra các hạt vật chất khác
nhau như hạt anpha, beta kèm theo bức xạ điện từ như tia gamma. Đồng thời với hiện
tượng phóng xạ tự nhiên, người ta cũng phát hiện một số loại nguyên tử của một số
nguyên tố nhân tạo cũng có khả năng phóng xạ.
Henri Becquerel(1852-1908)
Năm 1897, Marie Curie chọn đề tài phóng xạ tự nhiên của Urani làm luận án Tiến
sĩ. Với sự cộng tác và hỗ trợ của Pier, năm 1989, Marie Curie đã phát hiện hai nguyên tố
mới có tính phóng xạ gấp 1000 so với Urani nguyên chất, Bà gọi là “Poloni” và
“Rađium”. Năm 1903, Marie Curie cùng chồng và Becquerel được nhận giải “Nobel Vật
lý” cho công trình nghiên cứu về phóng xạ. Những phát hiện của Marie làm cho giới
Khoa Học biết rằng có rất nhiều chất phóng xạ khác nhau và có những chất không phóng
xạ như vàng, chì…cũng là biến thể của các chất phóng xạ. Ý kiến này rất quan trọng vì
nhờ đó mà người ta tìm ra được cách phá nhân của nguyên tử và chế tạo bom nguyên tử

sau này.
18
Pierre Cuire(1859-
1906) Marie
Curie(1867-
1934)
Đầu thế kỉ 20, lý thuyết phóng xạ và những nghiên cứu về chất phóng xạ được phát
triển cao hơn. Phần lớn qua các nghiên cứu của Pier và Marie, người ta tìm ra thêm nhiều
chất phóng xạ khác như Ionium, Mesothrium, chì phóng xạ, khí Helium phóng xạ,…
Frederick Soddy (1877-1956) là nhà hóa học phóng xạ người Anh Ông được trao
Giải Nobel Hóa học vào năm 1921 nhơ công trình nghiên cứu về sự biến đổi
củacác nguyên tố hóa học và chứng minh sự xuất hiện đồng vị của các nguyên tố phóng
xạ.

Frederick Soddy (1877-1956)
Otto Hahn (1879-1968) là một nhà hóa học và nhà khoa học đoạt giải Nobel
người Đức, người đi tiên phong trong lĩnh vực phóng xạ và hóa học phóng xạ. Ông được
coi là "cha đẻ của hóa học hạt nhân" và "người sáng lập thời đại nguyên tử".
19
Otto Hahn (1879-1968)
Trong khi cùng nghiên cứu với nhau, Ernest Rutherford và Frederick Soddy đã
đưa ra lý thuyết biến tố. Họ đã theo dõi rất chi tiết một chuỗi các phân rã phóng xạ khác
nhau và so sánh năng lượng phát ra với sự thay đổi khối lượngcủa hạt nhân mẹ và hạt
nhân con. Họ tìm ra hạt nhân thuộc cùng một nguyên tố hóa học có thể có những khối
lượng khác nhau. Đó là cơ sở để họ tìm ra được đồng vị.
Năm 1934, Irene và Frederic Joliot-Curie phát
hiện sự phóng xạ nhân tạo, thực hiện một bước tiến vĩ đại
về việc sử dụng và điều khiển sự phóng xạ. Họ cho bắn
một lá nhôm với các hạt alpha để tạo ra Phosphore phóng
xạ, một đồng vị mới chưa từng được quan sát trong tự

nhiên của phosphore bền. Với phát minh này họ nhận giải
Nobel Hóa học năm 1935.

Irene và Frederic Joliot-Curie
Càng về sau, lý thuyết phóng xạ dần được hoàn thiện, nhiều chất phóng xạ khác
cũng lần lượt được phát hiện, loài người có thể khai thác năng lượng khổng lồ của nó để
phục vụ cho sản xuất nhưng sự phát triển của nó của là một mối đe dọa cho trái đất nếu
không được sử dụng một cách đúng đắn.
20
21
4. Điện hóa học
4.1. Cơ sở điện hóa học
Điện hóa là tên gọi một lĩnh vực trong hóa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa các
quá trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xẩy ra khi có dòng điện chạy qua,
hay qua các phản ứng hóa học có một hiêu điện thế, đây là quá trình điện hóa. Trong các
quá trình này luôn tồn tại đong thời hai hiện tượng: oxi hóa và khử.
Thiết bị điện hoá học thực hiện phản ứng oxi hoá - khử được gọi là pin điện hoặc
nguyên tố điện hoá, tại đó năng lượng của phản ứng oxi hoá - khử đã phần lớn chuyển
thành điện năng dùng cho bên ngoài. Như vậy pin điện là một nguồn điện năng. Điện thế
tại catot bao giờ cũng cao hơn điện thế tại anôt, vì trong quá trình khử, electron chuyển từ
điện cực tới chất oxi hoá khiến cho catôt tích điện dương, trong khi đó electron tải từ chất
khử trong dung dịch tới anôt làm cho anôt tích điện âm khi thực hiện quá trình oxi hoá, do
đó catôt của pin điện là cực dương và anôt là cực âm.
4.2. Các nhà bác học và những đóng góp của họ trong sự phát triển điện
hóa học
Năm 1799, nhà Vật lý người Ý Alessandro Volta
(1745-1827) là người đã có công phát minh ra pin điện
hoạt động được và tên của ông được đặt theo đơn vị điện
thế volt (ký hiệu V).Trước đó L. Galvani đã có nhiều thí
nghiệm trên đùi ếch, các cơ chúng co lại khi chạm vào

kim loại khác nhau. Năm 1800, ông giới thiệu pin lần đầu
tiên. Davy đã sử dụng pin này để tách các muối bằng
cách mà ngày nay người ta gọi là điện phân. Với nhiều
pin mắc nối tiếp ông đã có thể tách ra các nguyên tố Kali,
Natri năm 1807 và canxi, stronti, bari, magie năm 1808.
Ông cũng nghiên cứu năng lượng tham gia vào trong việc
chia tách các muối này, mà ngày nay là một lĩnh vực
của điện hóa học.
Alessandro Volta (1745-1827)
Năm 1832, Michael Faraday phát hiện ra định luật cơ bản về điện hóa. Định luật
này chỉ ra rằng khối lượng m của chất bị phân li tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển qua
22
chất điện phân (định luật F thứ nhất) và với đương lượng hoá học A (xt. Đương lượng hóa
học) của chất (định luật F thứ 2). Định luật F được biểu thị bằng phương trình: m=A.q/F.
Michael Faraday(1891-1967)
Năm 1929, Jaroslav Heyroský(1890-1967) - một
nhà háo học và phát minh người Séc, là người phát minh ra
phương pháp cực phổ, cha đẻ của điện hóa phân tích,
người nhận giải Nobel năm 1959. Công trình nghiên cứu
chính của ông tập trung vào cực phổ.Phát minh của
Heyrovský cho phương pháp cực phổ bắt đầu từ năm
1922 và tập trung toàn bộ nghiên cứu khoa học vào việc
tạo ra chuyên môn điện hóa mới và được nhận được giải
Nobel Hóa học cho công trình này và năm 1959.
Jaroslav Heyroský(1890-
1967)

23
Năm 1969, tế bào nhiên liệu Hidro đã được nghiên cứu và dùng trong chương trình
Apollo – đưa con người lên Mặt trăng và đưa các phi hành gia trở lại Trái đất an toàn,

chúng không chỉ là nguồn điện mà còn cung cấp cả nước cho phi hành đoàn.
Con người đặt chân lên Mặt trăng
24
KẾT LUẬN
Trải qua một thời gian dài từ đầu thế kỉ 19 đến cuối thê kỉ 20 có những mốc quan
trọng, các giai đoạn lịch sử, xã hội đánh dấu sự chuyển biến sự phát triển của hóa lý nói
riêng là hóa học nói chung.Từ những thành tựu trên cũng cho ta thấy rằng hóa học phát
triển là kết quả của sự nỗ lực đồng thời của nhiều nhà khoa học ở nhiều nước khác nhau
trên thế giới, tuy rằng ở mỗi giai đoạn lịch sử, do hoàn cảnh tự nhiên, điều kiện địa lý và
lịch sử và nhiều nguyên nhân khác mà tốc độ và trình độ phát triển khoa học ở các khu
vực và các nước có sự khác nhau nhưng có chung một mục đích là đặt nền móng cho sự
phát triển của hóa học sau này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Đình Chi, Lịch sử hóa học , Tập 1,2, NXB Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội,
1977.
2. Hoàng Ngọc Cang, Lịch sử hóa học, Nhà xuất bản giáo dục, 2002.
3. Vũ Bội Tuyền, Truyện kể các nhà hóa học nổi tiếng thế giới, NXB Thanh niên,
2005.
25