Bài giảng hóa lý dược

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y Dược THÁI N G U Y Ê N
B ộ MÔN HOÁễDƯỢC
BÀI GIẢNG
H O Á L Ý D Ư Ợ C
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)
TM y NÍỈIYẾN. N VM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Chương I
GIỚI THIỆU MÔN HOÁ LÝ DƯỢC
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG HỌC
l ẳ GIỚI TH IỆU M ÔN HOÁ LÝ DƯỢC :
l ẳl, Đ ịnh n g hĩa v à nội du n g của m ôn học h o á lý :
Hoá lý là môn khoa học trung gian giữa hoá học và vật lý: Nghiên
cứu môi quan hệ giữa hai dạng biến đổi hoá học và vật lý của vật chất,
giữa các tính chất hoá lý với thành phần hoá học và cấu tạo của vật chất,
nghiên cứu cd chế, tốc độ của các quá trình biến đổi cũng như các yếu tô’
bên ngoài ảnh hưởng đến quá trình đó.
Hoá lý được hình thành trong quá trình phát triển phân ngành và
liên ngành của 'hoa học. Bốn ngành hoá học lớn tồn tại hiện nay là Hoá
vô cơ, Hoá hữu cơ, Hoá phân tích và Hoá lý. Khoa học phát triển càng cao
càng có sự xen phủ nhau giữa các ngành. Ngày nay Hoá lý được coi là
môn khoa học liên ngành, ngày càng thâm nhập đan xen vào các ngành
liên quan đến hoá học như luyện kim, mỏ, địa chất, môi trường, hũá thực
phẩm, vật liệu, y dược Góp phần tích cực thúc đẩy sự tiến bộ của các
ngành này,
Nội dung của môn học hoá lý'. Các giáo trình hoá lý thường bao
gồm nội dung n hư sau :
Cấu tạo chất: Nghiên cứu cấu tạo nguyên tử, phân tử và các
trạng thái tập hợp của các chất.
Nhiệt động lực hoá học. nghiên cứu sự ứng dụng của hai nguyên
lý nhiệt động học để khảo sát các hiệu ứng nhiệt của phản ứng, xác định

khả năng tự diễn biến của các quá trình hoá học, cân bằng và sự chuyển
dịch cân bằng của các phản ứng hoá học, các quá trình chuyển pha
Động hoá học - xúc tác : N ghiên cứu tốc độ phản ứng và các yếu tố
ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, đặc biệt của nhiệt độ, của chất xúc tá^ĩ.ễ.
Nghiên cứu phản ứng được kích thích bằng ánh sáng vừng nhìn thấy và
tử ngoại là nội dung của quang hoá học.
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Điện hoá học : Nghiên cứu các tính chất của dung dịch điện ly va
các quá trìn h điện cực (phản ứng hoá học xảy ra tại bề mặt phản cách
pha rắn lỏng).
Hoá keo, chính xác hơn là hoá lý học về các hệ phân tán và cac
hiện tượng bề mặt: Nghiên cứu các điều kiện tạo thành và tính chât cua
các tiểu phân trong hệ phân tán, các màng làm bền giữa các pha, tương
tác tiếp xúc Gần đây phát triển môn cơ hoá lý học, lưu biên học là
nhũng hưống mối trong Hoá lý học các hệ phân tán.
Hũá học cao phãn tử: Nghiên cứu các quá trình trùng hợp và
trùng ngưng cao phân tử, tính chất cơ lý và hoá lý của cao phân tử. Hoá
học cao phân tử có thể được coi là môn học liên ngành giữa hoá hữu cơ và
hoá lý.
1.2. Sơ lược lịch sử ph át triển hoá lý :
Khái niệm "Hoá lý" được Lomonoxov đưa ra đầu tiên năm 1752,
nhưng khoa học này chỉ thực sự hình thành phát triển vào th ế kỷ XIX,
th ế kỉ XX là thòi kỳ phát triển các nội dung chuyên sâu.
N hiệt động học ra đời gắn liền với lịch sử chế tạo động cơ nhiệt.
Nguyên lý 1 vằ nguyên lý 2 của nhiệt dộng học được rú t ra từ nghiên cứu
của các nhà khoa học Carnot (1796 1832), Clausius (1822 1888),
Thomson (1824 - 1907). Cân bằng và qui tắc pha được Gibbs công bô' năm
1878. Van't Hoff (1884) đưa ra nguyên lý về cân bằng động khi nghiên
cứu cân bằng đồng thể. Hess (1840) đã nghiên cứu về hiệu ứng nhiệt của

các phán ứng hoá học. Thomson và Berthelot có nhiều nghiên cứu về
nhiệt hoá học.
Trong thế kỷ XX, nhiệt động học tập trung nghiên cứu phản ứng
hoá học, Nerst (1901 1911) đưa ra nguyên lý 3 của nhiệt động học giúp
cho việc tính toán dễ dàng các đại lượng nhiệt động học cơ bản của nhiều
phản ứng.
Lý thuy ết dung dịch được nghiên cứu nhiều ỏ th ế kỷ XIX. Hiện
tượng thẩm thấu được Nolte (1748), Traube (1867), V an't Hoff (1845
1920) nghiên cứu. Raoult (1830 - 1910) đã thiết lập các định luật về áp
suất hơi trên dung dịch.
Thuyết điện ly được Arrhenius đưa ra năm 1SS9, N erst đã phát
triển đưa ra lý thuyết th ế điện cực. Gibbs đưa ra khái niệm hoạt độ thay
cho nồng độ ion trong dung dich. Lý thuyết th ế điện cực đã thúc đẩy sự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
nghiên cứu về các pin điện. Trong thế kỷ XX các nhà khoa học chú ý đi
sâu nghiên cứu về lý thuyết chất điện ly mạnh,
Động hoá học được bắt đầu từ nghiên cứu tốc độ các p hản ứng hữu
cơ trong pha lỏng vối sự mở đầu của W illiamson, W ilhelm i (1812 - 1864),
Berthelot, Guldberg, Waage (1833 - 1902). Van't Hoff và Arrhenius trong
những năm 1880 đã đưa ra khái niệm về năng lượng hoạt hoá, giải thích
ý nghĩa của bậc phản ứng trên cơ sỏ lý thuyết động học.
Trong th ế kỉ XX đối tượng nghiên cứu được tập tru n g vào các phản
ứng phức tạp như phản ứng quang hoá vói các công trình của Bondestein
(1871 1942), Einstein (1879 1955). Phản ứng dây chuyền được
Sem enov (1896) và Hinshelwood (1926) nghiên cứu. Lý thu yết tốc độ
tuyệt đôì của phản ứng hoá học được Evring, Evans và Polanyi nghiên
cứu trong những năm 1940.
1.3. Đ ặc điểm n ội d u n g m ôn H oá lý dược :
Do đặc điểm về mục đích và yêu cầu của từng trường đại học nội
dung nêu trên của hoá lý có thể được tách m ột số phần trìn h bày th ành

các giáo trìn h riên g như cấu tạo chất, hoá keo, hoá học cao phân tử
Hiện nay, trong chưdng trìn h giảng dạy của trường đại học Dược phần
nhiệt động học được giảng trong môn Vật lý đại cương, cấu tạo chất và
nhiệt động hoá học đã được trình bày trong môn Hoá đại cương - Vô cơ.
Do đó Bài giảng Hoá lý được giối hạn trong nội dung: các nguyên tắc hoá
lý của dung dịch và cân bằng pha, động hoá học và xúc tác, điện hoá học,
các hệ phân tán hiện tượng bề mặt» và hấp phụ^dung dịch cao phân tử.
Một số khái niệm và các đại lượng cơ bản của nhiệt động học được nhắc
lại, tóm tắ t theo quan điểm Hoá lý trong phần mâ đầu tạo th u ận lợi khi
tìm hiểu nội dung của môn học.
Các nội dung của Hoá lý Dược nêu trên là một phần kiến thức cơ sở
cần thiết khi học tập môn hoá phân tích, kiểm nghiệm thuốc (các phương
pháp p h ân tích hoá lý), chiết xuất hoá thực vật cũng như các môn học
thuộc chuyên ngành công nghệ dược (sản xu ất nguyên liệu làm thuốc,
bào chế các dạng thuốc), nghiên cứu sình dược học, dược động học
Sự thâm nhập đan xen của Hoá Lý vào các lĩn h vực khoa học của
ngành dược được tóm tắ t trong sơ đồ dưới đây.
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Nội d un g m ôn hoá lý
Nội d u n g c á c m ôn dut
S ơ đồ 1 :
ứng dụng kiến thức hoá lý trong các lĩnh vực khoa học của n g à n h DựỢc.
Tư nam 1981, ngoai cac Sâch Hoa Lý viêt chung cho sin h viên các
trường đại học, m ột số trường Đại học Dược và Khoa Dược của trường
Đại học đã cho x u ất bản sách hoá lý dành riên g cho sinh viên và cán bộ
dược, như 2 tài liệu sau :
'4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
- Các nguyên tắc hoá lý của dược học: Physicochemical principles of

pharmacy.A.T. Florence (school of pharmacy, university of London.) and
D.Attwood (deparment of pharmacy, university of Manchester). x ít bản
năm 1981, tái bản 1990.
Dược vật lý (các nguyên tắc hoá lý trong các lĩnh vực dược học) :
Physical pharmacy: physical chemical principles in the pharmaceutical
sciences. Alfred M artin (college of pharmacy, university of Texas) xua't
bản năm 1993.
Hiện nay trong nưốc sách giáo khoa Hoá lý đã được viết chung
hoặc tách riêng từng nội dung làm tài liệu học tập cho sinh viên các
trường đại học có chuyên ngành hoá học hoặc liên quan đến hoá học, do
các cáh bộ thuộc trường đại học biên soạn.
Giáo trình Hoá Lý. Nguyễn Đình Huề. NXB Giáo Dục 2002 (Đại
học Sư phạm Hà Nội).
Hoá Lý. T rần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế.
NXB Giáo Dục 2001 (Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội).
Hoá Lý Hoá Keo. Nguyễn Hữu Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật.
2003 (Đại học Bách Khoa Hà Nội).
Trường đại học Dược từ năm 1970 đã có sách Hoá lý là tập hợp các
bài giảng cho sinh viên :
Hoá Lý. Mai Long, NXB Y học Hà Nội 1970.
- Thực tập Hoá Lý. Mai Long, NXB Y học Hà Nội 1970.
Hoá Lý Dược. Đào Minh Đức, Phạm Văn Nguyện, Nguyễn Quang
Thường, Nguyễn Thị Thơm. Trường Đại học Dược Hà Nội 1997.
Hoá Lý Dược. Đào Minh Đức. Trường Đại học Dược Hà Nội 2004.
Thực tập Hoá Lý. Đào Minh Đức, Nguyễn Thị Thơm. Trường đại
học Dược Hà Nội 2004.
Hiện nay giáo trình Hoá Lý Dược đang được sửa đổi, hoàn thiện để
in sách giáo khoa phù hợp vối chương trình đào tạo dược sĩ, tiếp cận sự
phát triển khoa học hiện đại của ngành dược.

5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG c ơ BAN CUA
N H IỆT ĐỘNG HỌC :
2.1. M ột sô k h á i n iệm cơ b ản :
Nhắc lại một số khái niệm đã nếu trong "Vật lý đại cương và Hoá
đại cương ■ vô cơ":
Hệ nhiệt động: là một vật thể hay một tập hợp^các v ật thể được
khảo sát, bao-gồm m ột số rế t lộỉi các tiêu phân, (phan tư, nguyen tư,
electron ) có kích thước không gian và thời gian tồn tại đủ lốn đê có thê
tiến h ành các phép đo thông thường các thông sô đặc trư n g cho trạng
thái của hệ (như nhiệt độ, áp suât, thê tích ). Các v ậ t th ê n ăm xung
quanh được gọi là mõi trường xung quanh hay môi trương ngoái.
Hệ cô lập Là hệ không trao đổi chất và n ăn g lượng với môi
trường ngoài và có thể tích không đổi (trừ trường hợp áp suẫt ngoài băng
không).
Hệ kín L à hệ không trao đổi chất như ng có k h ả n ăn g trao đổi
năng lượng vối môi trường ngoài.
Hệ mở: Là hệ có khả năng trao đổi vật chất và năng lượng vối môi
trường ngoài.
Thể tích của hệ kín và hệ mở có thể thay đổi. Ví dụ : P h ản ứng giũa
Zn và HC1 sinh H2 trong 1 bình kín chịu áp suất có vỏ cách nhiệt, vật
chất và năng lượng không trao đổi được vối bên ngoài, là hệ cô lập. Cũng
phản ứng trên nếu thực hiện trong một xy lanh có piston, năng lượng có
thể được trao đổi với môi trường đưối dạng sinh công do dãn nở th ể tích,
nhưng vậ t chất (Ho) không trao đổi được với bên ngoài, hệ là hệ kín. Nếu
phản ứng trê n xảy ra trong một bình hỏ, hệ là hệ hở. Thuốc p h u n m ù là
một hệ kín. Khi ấn nắp, van được mở ra, lúc này b ình thuốc là m ột hệ
mở. Do trong bình có áp suất của khí nén hoặc khí hoá lỏng nên thuốc
được đẩy ra đến nơi điều trị trên cơ thể.

Ngoài các khái niệm trên còn có các kh ái niệm thườ ng gặp trong
h o á lý n h ư s a u :
Hệ đồng th ể: Là hệ trong đó không tồn tại các b ề m ặt p h â n cách,
các tín h chất của hệ không thay đổi hoặc th ay đổi liên tục từ điểm này
đến điểm khác tron g hệ. Dung dịch ỉà một ví dụ về hệ đong the
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Hệ dị th ể : Ngược lại vối hệ đồng thể là hệ dị thể trong đó có bê
mặt phân cách. Ví dụ : hỗn hợp nước đá với nước lỏng ; hỗn hợp muôi tan
quá bão hoà.
Hệ đồng nhất', Là hệ có thành phần và tính chất ở mọi phần của
hệ như nhau và ngược lại là hệ không đồng nhất.
Hệ đồng thể có thể là đồng nhất hoặc không đồng nhất: Ví dụ
dung dịch lỏng là hệ đồng thể nhưng nếu các chất tan chưa được phân
tán đểu nồng độ, tỉ trọng trong các phần của dung dịch không như nhau,
nhiệt độ trên lớp bề m ặt khác với lốp dưới dung dịch sẽ là hệ không
đồng nhất.
K hái niệm đồng thể, dị thể, đồng nhất, không đồng nh ất thường
gặp trong Dược học. Ví dụ, khi hoà tan đường sacarose, glucose trong
nước bằng cách hoà tan nguội (treo túi đường ngập trong phần trên của
nước không khu ây trộn). Sau khi đường hoà tan h ế t bỏ tú i vải thu được
dung dịch đường là hệ đồng thể nhưng không đồng nhất, chỉ đồng n hất
sau khi khuấy trộn kỹ. Tương tự, khi hoà tan các keo bạc (Protargon,
Argiron) bằng cách rắc các m ảnh nhỏ bạc keo lên bề m ặt nưốc. Sau
khoảng mươi p hút thu được dung dịch đồng thể, chỉ đồng n h ất sau khi
khuấy. Như vậy dung dịch thuôc khi điểu chế là hệ đồng thể nhưng chưa
chắc đã đồng nhâ't (nếu không khuấy kỹ).
K hái niệm đồng nhất trong ngành Dược có nghĩa rộng hơn, liên
quan tới chất lượng thuốc, sự đồng đều giữa các lô sản xuất, giữa các đơn
vị phân liều thuốc. Thuốc bộtchứa nhiều loại dược chất, tá được là bộLkép

đồng nhất. Khôi bột và hỗn hợp côm đem dập viên nén để đảm bảo phân
liều chính xác cần phải đảm bảo đồng nhất nhưng không phải là hệ đồng
thể.
Ví dụ: điển hình về hệ dị thể là các hệ phân tán thô, như hỗn dịch
nhũ tương. Yêu cầu về cảm quan phải đồng nhất. Với hỗn dịch nhũ tương
lỏng, phải lắc trước khi dùng để đảm bảo đồng nhất.
Hệ phân tá n keo có kích thước tiểu phân ph ân tá n từ 0,001mcm
đến 0,lm cm được coi là hệ siêu vi dị thể. Trong hệ p h ân tá n keo đã xuất
hiện bể mặt riêng của các tiểu phân keo (micell).
Trạng thái nhiệt động : Là trạng thái vĩ mô của hệ được xác định
bằng tập hợp tấ t cả các tính chất lí học và hoá học của nó, có thể đo được
trực tiếp hay gián tiếp (như khôi lượng, thể tích, nhiệt độ, áp suất, nồng
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
độ dung dich ). Sự thay đổi bất kỳ tính chất nào cua hẹ đeu dan đen sự
thay đổi trạ n g thái nhiệt động của hệ.
- Trạng thái cân bằng nhiệt động: là trạng th ái co cac tinh ch at đạc
trưng cho hệ không thay đổi theo thời gian.
Quá trình nhiệt động: Là sự thay đổi trạng th ái n h iệt động của
hệ. Khi hệ chuyển từ trạng thái này sang trạn g th ái khác, hệ đa thực
hiện 1 quá trình.
Quá trình vòng kín hay chu trình:_ìà quá trìn h hệ x u ât p h át từ
trạng -thái ban đầu, đi qua 1 loạt các trạng thái trung gian, CUÔ1 cung lại
trở về trạn g thái ban đầu.
Quá trình hở: là quá trình trong đó trạng thái đâu và CUÔ1 cua hệ
không trùn g nhau.
Quá trình cân bằng', là quá trình đi qua hàng loạt các trạn g thái
cân bằng hay các trạn g thái chỉ sai lệch vô cùng nhỏ so với trạ n g th á i cân
bằng. Do đó những thông số nhiệt động của hệ khi thực hiện quá trình
cân bằng không biến đổi hoặc biến đổi vô cùng chậm. Quá trìn h cân bằng

còn được gọi là quá trìn h gần tĩnh.
Quá trình thuận nghịch : là quá trình hệ có th ể trở về trạ n g thái
đầu theo đúng con đường nó đã đi qua m à không để lại m ột biến đổi nào
trong 'môi trường.
Thông số nhiệt động', bao gồm thông sô' trạng th ái và thông sô' quá
trình. Nói chung các thông số trạng th ái thường là các hàm trạ n g thái
của hệ. M ột đại lương nhiệt động là hàm trạn g th á i của hệ nếu sự biến
thiên của đại lượng đó không phụ thuộc vào đưòng đi hay cách tiến hành
quá trình, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái CUỐI của hệ.

N hững đại lượng v ật lý, hoá lý đặc trư ng cho trạng th ái nh ư th ể tích V,
áp s u ất p, nhiệt độ T, nội năng u , hoá th ế n.ề. là các thông số trạ n g thái
hay hàm trạn g thái. Các đại lượng vật lý, hoá lý dặc trư n g cho quá trình
như nh iệt q, công A là các thông số quá trình không ph ải là h àm trạng
thái, do q và A có sự phụ thuộc vào cách tiến hành quá trìn h ngoài sự
phụ thuộc vào trạn g thái đầu và cuối của hệ.
Thông số khuếch độ là những thông số tỷ lệ thu ậ n vối khối lượng
và có tín h chất cộng tính như th ể tích, nội năng T hông số cường độ
không phụ thuộc vào khối lượng và không có tính chất cộng tính . Ví dụ
như : N hiệt độ, áp suất, nồng độ
8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
c ầ n lưu ý, thông sô' nhiệt động học của một hệ chỉ có ý nghĩa khi
hệ ô trạng thái cân bằng.
Trong các biểu thức quy ước dụng ký hiệu 5 để chỉ lượng vô cùng
nhỏ của các đại lượng không phải là hàm trạng thái, còn ký hiệu d (hay
¿Ị) chỉ Ịihững biến thiên vô cùng nhỏ của các thông sô' là hàm trạng thái.
Ví dụ : 6q, SA, dT, dV
2.2. Các đ ại lượn g cơ b ản tro n g nh iệt độ n g học :
Các đại lượng cơ bản trong nhiệt động học là th ế nhiệt động hay

các hàm trạng thái của hệ khảo sát. Các đại lượng cơ bản xuất hiện trong
các biểu thức cùa các nguyên lý nhiệt động học, nên cần nhắc lại cách
phát biểu và biểu thức của các nguyên lý nhiệt động học để thấy rõ ý
nghĩa và môi quan hệ giữa các đại lượng,
2.2ắ2ẳ Nội năng và Enthalpy, hiêu ứng nh iệt của quá trình :
Năng lượng là thước đo sự chuyển động của vật chất. Nội dung cơ
bản của nguyên lý thứ nhất là sự bảo toàn và biến hoá năng lượng, áp
dụng cho các quá trình có trao đổi công và nhiệt, có thể phát biểu như
sau :
Trong một quá trình bất kỳ nhiệt q do hệ hấp thu dùng để tăng nội
năng AU và sinh công A.
Biểu thức toán học của nguyên lý 1 có thể viết dưới dạng :
q = AU + A hay ỗq = đU +8A
Nội năng và hiệu ứng nhiệt của quá trình đẳng tích đẳng n h iệ t:
Như vậy, biểu thức của nội năng là :
AU = q - A hay dU = 5q - 8A
Trong nhiệt động học thường không xét chuyển động của hệ mà xét
toàn bộ hệ. Theo quan điểm động học phân tử, nội n ăng gồm có :
- Động năng về chuyển động phân tử của hệ, bao gồm chuyển động
tịnh tiến và chuyển động quay cảu các phân tử,
Năng lượng tương tác giữa các phân tử.
Năng lượng dao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử chứa
trong phân tử.
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
N ăng lượng của các mức electron được điên trong nguyen tư.
N ăng lượng dự trữ của các hạt nhâh nguyên tư
N hư vậy có thể định nghĩa nội năng là tông năng lượng cua toan
hệ bao gồm năng lượng thuộc về các phân tử, nguyên tử và nhóm nguyên
tử trong phân tử, năng lượng của các mức electron, năng lượng hạt nhân

và năng lượng tương tác giữa các phân tử.
Nội năng là một thuộc tính (hay thông sổ) khuêch độ của hệ, do q
và A phụ thuộc vào khối lượng của hệ.
Nội năng là một hàm trạn g thái của hệ: trong biểu thức vi phân
của nội năng 5q, ỖA không phải là vi phân toàn phần nhưng dU = ỗq ■ 5A
là m ột vi phân toàn phần.
Trong quá trình đẳng tích, đẳng nhiệt qy = AU do không có sự giãn
nở, không sinh cõng nên biến thiên nội năng bằng hiệu ứng nhiệt của
quá trình đẳng tích. Toàn bộ nhiệt do hệ hấp thu dùng để tăng nội năng
của hệ.
Enthalpy và hiệu ứng nhiệt của quá trình đẳng áp, đẳng n h iệ t:
Trong quá trìn h đẳng nhiệt, đẳng áp
qp = AƯ + PAV = AU + A(FV) = A(U + PV)
Đặt ư + PV = H ta có qp = AH
H có tên gọi là enthalpy. Gôc từ Hy Lạp enthalà' nghĩa ìà "bên
trong, ẩn chứa" nên có tài liệu gọi enthalpy là nhiệt ẩn chứa của hệ.
Như vậy, biểu thức của Enthalpy là :
H = u +PV hay đH = d u + PdV + VdP
E nthalpy là m ột hàm trạn g thái, là m ột thông số khuếch độ tỷ lệ
với khôi lượng của hệ.
Biến thiên E n thalpy bằng hiệu ứng nhiệt trong qu á trìn h đẳng áp,
đẳng nhiệt, ý nghĩa của Enthalpy gắn liền với ý nghĩa của hiệu ứ n - nhiet
và định luật Hess.
Trên cơ sỗ của hai biểu thức AƯ = qv, AH = qp và tín h chất của hàm
trạn g thái, định luật Hess được xây dựng và ph át biểu nh ư sau :
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Hiệu ứng nhiệt đẳng tích đẳng nhiệt và hiệu ứng nhiệt đẳng áp
đẳng nhiệt của một phản ứng hoá học không phụ thuộc vào cách tiến
hành và cơ chế của phản ứng, nghĩa là không phụ thuộc vào các giai

đoạn phản ứng trung gian, mà được xác đinh bởi bản chất và trạng thái
của các chất đầu và các chất cuối của hệ.
Định luật Hess cho phép dễ dàng tính toán được nhiệt hình thành
(sinh nhiệt) và nhiệt đô't cháy (thiêu nhiệt) của các chất hoá học.
Các quá trìn h thường xảy ra trong điều kiện đẳng áp, đẳng nhiệt
cho nên Enthalpy được coi là hiệu ứng nhiệt và là thưóc đo nhiệt động
học của các quá trìn h quan trong như: Các biến đổi hoá học, các phản
ứng hoá học, các quá trình chuyển pha. Ý nghĩa của enthalpy được thấy
rõ trong nhiều phương trình nhiệt động học (được thiết lập trong phần
nhiệt động lực hoá học).
Mối quan hệ giữa Enthalpy của các phản ứng hoá học vối nhiệt độ
và hằng sô' cân bằng (KCB) được biểu thị trong phương trình Van't Hoff:
đlnKCB AH
dT RT2
Cho phép giải thích ảnh hưỏng của nhiệt độ đến chiều hướng và mức độ
của các ph ản ứ ng hoá học. Khi AH > 0, ph ản ứng th u nhiệt, xảy ra theo
chiều thuận, nhiệt độ tằng làm KCB tăng và ngược lại với thường hợp
AH <0.
Môi qu an hệ giữa Enthalpy áp su ấ t nhiệt độ được biểu thị
trong phương trìn h C lausius - Clapeyron :
cllllP AHchUy|n qua
dT TAV
Đây là cơ sỏ lý thuyết và thực nghiệm để nghiên cứu các quá trình
chuyển pha. AH chuyển pha trong các quá trìn h là: AH hoá hơi, AH nóng
chảy, AH hoà tan, AH solvat hoá, AH hydrat hoá
ứ ng dụng điển hình trong công nghệ dược là phương pháp cô ở áp
suâ't giảm, cô chân không trong không quá trình hoá hơi, loại bỏ dung
môi của các dịch thuốc khi điều chế cao thuốc, điều chế thuốc tiêm đông
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

khô. Do áp suất giảm nên nhiệt độ hoá hơi giảm, làm ta n g đọ on đinh
của thuốc, thay đổi đặc tính cấu trúc hoá lý của thuôc, làm tan g đọ hoa
tan của thuốc.
2.2.2. E ntrop y Tiêu chuẩn tư diễn biến và cân băng trong hệ
có l ậ p :
Nội dung cơ bản của nguyên lý 2 phát biêu về chiêu hưống và mức
độ (điều kiện cân bằng) của các quá trình. Một cách p hát biêu đơn gian là
nhiệt chỉ có thể truyền từ vật nóng sang vật lạnh.
Biểu thức toán học của nguyên lý 2 :
AS2 j|f. hay ds>ị^r
Áp dụng biểu thức của nguyên lý 2 nhiệt động học đối vối chu trìn h
thuận nghịch
Tổng nhiệt rú t gọn q/T của chu trình thu ậ n nghịch bằng 0
f ^ = 2f ^ + 'f ^ = 0
1T Ị T ị T
Do đó
Biểu thức cho th ấy tổng nhiệt thu gọn trong quá trìn h thuận
nghịch từ trạn g th á i 1 sang 2 không phụ thuộc vào đưòng đi m à phụ
thuộc vào trạ n g th ái đầu và trạng th ái cuối. Điểu đó có n gh ĩa là tong
nhiệt th u gọn trong quá trình th uận nghịch phải bằng biến th iên của
một hàm trạn g thái s nào đó của hệ :
(ynghịch ~ Sọ - = AS
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Hay :
Ta CÓ biểu thức của entropy : As = — hay ds = —
Trong đó s là một hàm trạng thái được đặt tên là entropy (gốc từ
Hy Lạp "entropos" có nghĩa là biến hoá). Entropy là thông số khuếch độ
phụ thuộc vào khôi lượng của hệ.
Biểu thức của Entropy :

AS w— hay dS = —
T T
Biến thiên entropy là tiêu chuẩn xét đoán chiểu hướng tự diễn biến
và mức độ (điều kiện cân bằng) của các quá trình trong hệ cô lập.
Trong hệ cô lập: quá trình thuận nghịch khi s là một hằng sô"
(S - const, AS = 0), quá trình bất thuận nghịch tự xảy ra theo chiều tăng
entropy (AS > 0) và đạt tới cấn bằng khi entropy cực đại (Smax, AS = 0,
dS = 0, d 2S <0),
Cần lưu ý biến thiên entropy AS của hệ không cô lập không có ý
nghĩa xác định chiểu của quá trình trong hệ.
Entropy được coi là thưốc đo mức độ trậ t tự của hệ, bao gồm độ trật
tự phần bô" và độ trậ t tự chuyển động. Độ trật tự phân bố là cách sắp xếp
những phần từ giông nhau trong một hệ có nhiều tiểu phân khác nhau.
Độ trật tự chuyển động là mức độ giông nhau về tốc độ và hướng chuyển
động của các phần tử trong hệ.
Nếu hệ cô lập khi AS > 0, entropy tăng, quá trình xảy ra dẫn đến
mức độ trậ t tự nhỏ hơn, hay đến trạng thái 'ấhỗn loạn" hơn.
Nếu hệ không cô lập khi AS của hệ dương hay âm đều không có thể
kết luận về chiều tự xảy ra của hệ, chỉ có thể nói rằng :
Nếu AS > 0 hệ đi đến trạng thái có độ trậ t tự nhỏ hơn.
- Nếu AS < 0 hệ đi đến trạng thái có độ trậ t tự lớn hơn.
13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
T U dụ: Benzen k ít tinh á 278“K AS qụá trìn h kết tinb
là -35,71 J/đỊm oI chứng tò benzen ò trạng thái rắn có cấu tạo tr ậ t tự hon
ở trạn g th á i lỏng.
Đ un nóng AI từ 298°K lên 873ÒK, AS = 28,65 J/nguyên tử gam. độ,
chứng tỏ AI ở 298°K có độ trậ t tự nhỏ hơn ở 873°K.
Xác suất nhiệt động của một hệ phân tử là sô trạn g th ai VI mô, hay
là số cách sắp xếp khác nhau của các phân tử ơ các mức nang lượng khac

nhau ứng với một giá trị năng lượng chung của hệ. Giữa entropy s và xác
suất nh iệt động w có quan hệ :
s = klnW
Trong đó k là hằng sô" Boltzmann : i
R là hằng sô' khí, N0 là sô' Avogadro
2.2.3. T h ế đ ẳ ng áp và th ế đẳng tích tiêu c h uẩ n tự d iễ n biến Iià
cân bằng tron g hệ không cổ lập :
Trong thực tế thường gặp những quá trìn h xảy ra trong hệ không
cô lập. Để th uận tiện cho việc xét chiều hướng và điều kiện cân bằng của
các quá trình đó không dùng hàm entropy m à dùng các hàm khác thích
hợp hơn. Đó là thể đẳng áp đẳng nhiệt và th ể đẳng tích đẳng nhiệt xuất
phát từ sự kết hợp 2 nguyên lý nhiệt động học, thường được gọi tắ t là thế
đẳng áp và th ế đẳng tich.
■Thê đẳ ng áp
Biểu thức của th ế đẳng áp có xuất xứ từ sự kết hợp nguyên lý 1 và
nguyên lý 2 nhiệt động học trong quá trình đẳng áp đẳnơ n hiệt.
Theo nguyên lý 1: ỗq = du + SA
Công A do hệ sinh ra gồm 2 phần: côiỵdãn nỗ PdV và công hữu ích
A’ (công điện, công từ ). Nên : Sq = d u + PdV + 5 4 ’
M ặt khác theo nguyên lý 2 : 5q < TdS
Vậy : SA' < TdS - dU PdV
K hi p, T = const : ỖA' > d ( u + PV - TS)
14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Đặt u + PV~ TS = G ta có một thế nhiệt động G gọi là thể đẳng áp
đẳng n h iệ t và có ÔA’ < dG hay A' < AG. Do H = u + PV nên H = G + TS.
Như vậy biểu thức của thể đẳng áp là :
G = u + PV - TS hay dG = d u - TdS - SdT + PdV + VdP
Phương trình này cho thấy không phải toàn bộ năng lượng của hệ
(enthaỉpy) mà chỉ một phần có thể chuyển thành công. Phần năng lượng

được giải phóng ra chính là G, vì vậy G được coi là năng lượng tự do
Gibbs, còn đại lượng TS được gọi là năng lượng ràng buộc.
Biểu thức 5A' < -dG hay A' < -»AG giúp ta xác định được chiều tự
xảy ra và điểu kiện cân bằng trong hệ đẳng áp - đẳng nhiệt.
Thế đẳng áp là một hàm trạng thái, là thông số’khuếch độ của hệ.
B iến thiên th ể đẳng áp là tiêu ch uẩ n tự xảy ra và cân bằng
của các quá trìn h trong hệ đẳ n g áp - d ẳ n g n h ỉề t:
Với quá trình thuận nghịch'. A' =-AG, nêu A' > 0 thì AG < 0 quá
trình tự xảy ra và có sinh công hữu ích
Với quá trình bất thuận nghịch: A' <-ÁG, nếu A' > 0 thì AG < 0,
quá trình tự xảy ra và có sinh công hữu ích. Khi A’ = 0 thì -AG > A' = 0
quá trình tự xảy ra và không sinh công hữu ích.
Tóm lại vôi quá trình tự xảy ra luôn luôn có AG < 0 khi đạt đến
trạng th ái cân bằng AG = 0 ; G cực tiểu ề
T hể đẳng tích:
Biển thức của thế đẳng tích có xuất xứ từ sự kết hợp nguyên lý 1
và nguyên lý 2 nhiệt động học trong quá trình đẳng tích đẳng nhiệt.
Từ biểu thức của nguyên lý 2
dS>ẾH
T
Có th ể viết 5q < TdS hay q < Tà S
Thay vào biểu thức của nguyên lý 1
q = AU + A ta có AU < q - A
Biến đổi biểu thức có: A < q - AU
15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
a < t a s ~ a u
a < t s 2- t s 1- u 2 + u 1
A á (Ui-TSi ~(U2 - TS2)
Đ ặt F = U - TS ta có 1 thế nhiệt động F được gọi là th ế đẳng tích

đẳng nhiệt.
Phương trình u = F + TS cho thây nội năng cua hệ chi một phân
chuyền th àn h công được giải phóng ra chính là F, nên F được gọi là năng
ỉượng tư do Helmholz (đại lượng TS là năng lượng ràng buộc).
T h ế đảng tích là một hàm trạng thái, là thông sô khuêch độ của hệ.
Biến thiên thể đẳng tích là tiêu chuẩn xét đoán chiều tự xảy ra và
điều kiện cân bằng của các quá trình trong hệ đắng tích - đắng nhiệt :
Với quá trìn h thuận nghịch : Amax =-AF, AF < 0 quá trìn h tự xảy
Với quá trình không thuận nghịch: A không thuận nghịch < -AF,
AF < 0 quá trìn h tự xảy ra. Khi quá trình đạt tới trạn g th ái cân bằng
AF = 0 và F đạt giá trị cực tiểu.
2.2.4. M ối qu a n hệ g iữa các đại lượng nhiệt động h ọ c :
Có thê tóm tắ t các phương trìn h cơ bản của nh iệt động học biểu thị
mối quan hệ giữa các đại lượng nhiệt động học, các hàm đặc trưng và các
biến số tựơng tự nh ư sau :
1. Nội năng u : u = U(S,V)
d u = TdS 'P d V (khi SA' = 0)
và
Nhiệt dung c„ = J—L— ,
(ổ2t//as2),
2. Enthalpy H : H = H(S,P)
H = u + PV
dH = dU + PdV + VdP
dH = TdS + VđP
16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
[ a s I : [dv)s ' .ẸĩHỉdsĩ)r
3. Thế đẳng tích : F = F(T,V)
F = ư - TS
dF = dư TdS - SdT = -PdV SdT

r - 'w V ' si ũ Vàcv" r
/' ớ2f 'n
ÔT2
4. T h ế đẳng áp : G = G(P,T)
G = U -T S + pV
đG = dư - TdS - SdT + PdV + VdP
dS = -SdT + VdP
và Cp = -T
ÕT2
5. Entropy :
s = S(U,V)
ds =—dư +—d v
T T
T =
1
(dS ỉư ị
và p =
(dSỈÕVị
{õSIdưị
Các đại lượng trê n được gọi là th ế nhiệt động, do các quá trình tự
xảy ra theo chiều giảm các đại lượng u, H, s, G, F tương tự 'như khi vật
rơi theo chiều giảm th ế năng, dòng điện chạy từ nơi có điện th ế cao đến
nới có điện th ế thấp.
Trong hoá lý nh iều phương trình biểu thị mối quan hệ giữa các đại
lượng nhiệt động có ý nghĩa lý thuyết và ứng dụng thực tiễn quan trọng.
Phương trìn h Gibbs - Helm holtz nêu lên mối quan hệ AG và T :
AG = AH + T
fi/AG)
l đ ĩ
17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN
Một sô' phương trình có liên quan đên các đại lượng nhiẹt đọng học
được trìn h bày trong các chương tiêp theo về cân băng pha, điện hoá
học
Các hàm n h iệt động, hàm đặc trư ng và m ói qu an hệ .ắ
Các hàm nhiệt động (thế nhiệt động) được gọi là một hàm đặc
trưng nếu qua nó và đạo hàm các cấp của nó theo các biến sô tương ứng
có th ể biểu th ị đầy đủ các tính chất nhiệt độ học của hệ.
Có 2 sơ đồ biểu diễn môi quan hệ giữa các đại lượng và các biên số
tương ứng
Trong sơ đồ 2 hàng dưới cùng ghi các thông số’ năng lượng, 2 hàng
trên ghi các thông số cường độ p, T và các thông sô" khuêch độ liên hợp
tương ứng V, s (P liên hợp với V, T liên hợp với S).
Trong ba thông số cùng nằm trên một đường thẳng th ì 1 là hàm
đặc trư ng (ở hàng dưới cùng) còn lại là cặp biến sô' tương ứng (ở 2 hàng
trên).
Giá trị của các thông số cường độ hoặc khuếch độ (P, T, s, V)
bằng đạo hàm bậc 1 của hàm đặc trưng tương ứng lấy theo biến số liên
hợp với thông số cần tính trong đó đối với 2 thông số p, s ỏ cột bên trái
cần ghi thêm dấu trừ.
Ghi chú :
H
(-) (+)
u
+■■*— PV —►
«—TS -*•*
F
4—TS -M-
G
♦ u

H
F
G
Sơ đồ 2 : Tương quan giữa
4 th ế nhiệt động học
Sơ đồ 3 : Liên hệ giữa các hàm đặc
trưng với các biếnJÍô, tương ứng
18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN