Bài giảng động học xúc tác ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng hóa học

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
Giới thiệu lịch sử xúc tác
+ Thenard, 1818, Phân huỷ H
2
O
2
dưới tác dụng MnO
2
, Ag, Pt
+ Davy, 1820, oxy hoá rượu  Acid acetic trên bề mặt Pt
Năm 1884, Ostwald, đưa ra định nghĩa chất xúc tác:
Là chất làm thay đổi tốc độ phản ứng hoá học nhưng không
biến đổi trong quá trình phản ứng
Thời trung cổ, tổng hợp ete: Rượu + Acid
+ Kirchhoff, 1809, đường hoá tinh bột bằng H
2
SO
4
Đầu TK 19, xuất hiện PP định lượng  Quan tâm đến hiện tượng
“ PƯ chỉ xảy ra khi có mặt 1 chất không tiêu hao, không biến
đổi về mặt hoá học”
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
I. Đại cương về chất xúc tác
+ Chất kích thích, ức chế và nhiễm độc xúc tác
+ Phân loại xúc tác
- Trạng vật lý
Xúc tác đồng thể
Xúc tác dị thể
- Tác dụng

Xúc tác âm
Xúc tác dương
1.1. Khái niệm và phân loại
+ Khái niệm: - Làm thay đổi tốc độ phản ứng
- Không biến đổi về hoá học
- Có ái lực với chất PƯ, tham gia các gđ trung gian
+ Hiện tượng tự xúc tác
Không có tác dụng xúc tác, tác động lên chất xúc tác
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
 Làm tăng tốc độ phản ứng, không tạo ra phản ứng
 Làm tăng tốc độ đạt đến trạng thái cân bằng,
không làm chuyển dịch cân bằng
1.2. Đặc điểm chất xúc tác
Phản ứng xảy ra khi

G
0
< 0,

F
0
< 0
Chất XT không làm thay đổi giá trị

G
0

G
0
,


F
0
: khả năng xảy ra của PƯ
Tăng tốc độ chiều thuận lên bao nhiêu thì cũng tăng tốc độ
theo chiều nghịch lên bấy nhiêu lần
Giá trị K
CB
không thay đổi
RT.lnK
CB
= -

G
0
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
 Có tính chọn lọc cao
 Tham gia PƯ theo cơ chế chu kỳ, được phục hồi liên tục
1.2. Đặc điểm chất xúc tác
 Không bị mất đi, không bị biến đổi về mặt hoá học
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
 Chất xúc tác và chất phản ứng cùng pha
 Toàn bộ hệ đồng nhất
 Xảy ra trong pha khí, dung dịch
 Điển hình: các phản ứng thuỷ phân
II. Xúc tác đồng thể
2.1. Đặc điểm
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
 Chất XT tương tác với chất PƯ tạo SP trung gian kém bền
 Tạo SP trung gian là phản ứng thuận nghịch

 SP trung gian phân huỷ chậm, không thuận nghịch
tạo sản phẩm cuối cùng, giải phóng chất XT
2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể
A +X
AX
*
K
CB
B +X
AX
*
k
*
A +X
AX
*
Thuyết Spitalsky (1928)
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
 Tốc độ chung của PƯ tỷ lệ với nồng độ SP trung gian,
không tỷ lệ với nồng độ chất phản ứng
2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể – Thuyết Spitalsky
 Nồng độ chất XT ở trạng thái tự do nằm cân bằng với
nồng độ SP trung gian
V
pư
= k.[AX*]
K
CB
= [AX*] / ([A].[X])
A +X

B
AX
*
K
CB
k
*
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
Khi không có chất xúc tác
2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể – Thuyết Spitalsky
Khi có chất xúc tác X
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
2.3. Tác dụng hoạt hoá của chất xúc tác
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
III. Xúc tác acid – base
Theo nghĩa hẹp
Theo Bronsted
Theo Lewis
 Xúc tác acid – base đặc hiệu: ion H
+
và OH
-
xúc tác trực tiếp
Xúc tác chung acid – base: Các acid và base
mở rộng tham gia vào xúc tác
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
lg k
obs
= lgk

a
– pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
lg k
obs
= lg(k
b
. K
W
) + pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
]]).[[][(
0
AOHkHkk
dt
dP
ba


lgk
pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
]]).[[][(
0
AOHkHkk
dt
dP

ba


lgk
pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
]]).[[][(
0
AOHkHkk
dt
dP
ba


lgk
pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
]]).[[][(
0
AOHkHkk
dt
dP
ba


lgk
pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC

3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu
]).[][][(
0
AOHkHkk
dt
dP
ba


lgk
pH
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.2. Xúc tác acid – base mở rộng
][][][][
0


 AckHAckOHkHkkk
Ac
HAcba
- Nhiều dạng thuốc được duy trì pH bằng hệ đệm
- Các thành phần của hệ đệm có khả năng xúc tác cho
phản ứng phân huỷ thuốc
- Hac : Xúc tác acid mở rộng
- AC
-
: XÚC TÁC BASE MỞ RỘNG


a

Ac
aHAc
Kbk
Kak
.
.



1928, BRONDTED ĐƯA RA MỐI QUAN HỆ GIỮA
KHẢ NĂNG XÚC TÁC VÀ HẰNG SỐ PHÂN LY K

a, b, ,  hằng số đặc trưng cho phản
ứng, với nhiệt độ và DM nhất định
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.2. Xúc tác acid – base mở rộng
lgk
pH
2 4 6 8 10 12 14
Thuỷ phân Aspirin
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.2. Xúc tác acid – base mở rộng
lgk
pH
-1 1 3 5 7
Thuỷ phân Mitomycin C
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC
3.2. Xúc tác acid – base mở rộng
lgk
pH

2 4 6 8 10 12 14
Thuỷ phân Hydrochlorothiazid