BÀI GIẢNG ĐỘNG hóa học CHƯƠNG 3

ĐỘNG HÓA HỌC
Chemical Kinetics

Hóa Đại cương A2

Chương 3

1


ĐỘNG HÓA HỌC
• Động hóa học tìm hiểu xem phản ứng xảy ra
nhanh chậm ra sao
• Có 4 yếu tố quan trọng ảnh hưởng lên vận tốc:
– Nồng độ tác chất
– nhiệt độ
– họat độ của xúc tác
– tính chất bề mặt.
• Mục đích: Tìm hiểu các phản ứng hóa học ở
mức độ phân tử nhằm mô hình hoá các quá
trình trong tự nhiên.
Hóa Đại cương A2

Chương 3

2


Vận tốc phản ứng
Reaction Rates
• Vận tốc của một phản ứng được đo bằng biến

thiên của nồng độ theo thời gian.
• Xem phản ứng
A→ B
∆ (nồng độ của tác
chất A)
Vậntốc =
----------------------------------∆ (thời gian)
• Đây là biểu thức của vận tốc trung bình
Hóa Đại cương A2

Chương 3

3


Chemical Kinetics
Reaction Rates

Hóa Đại cương A2

Chương 3

4


Vận tốc trung bình
– Tại t = 0 (time zero): 1.00 mol A (100 red
spheres); 0.0 mol B
– Tại t = 20 min: 0.54 mol A, 0.46 mol B.
– Tại t = 40 min: 0.30 mol A, 0.70 mol B.

– Vậy:

∆( moles of B)
Vtb =
∆t
(
moles of B at t = 10 ) − ( moles of B at t = 0 )
=
10 min - 0 min
0.26 mol - 0 mol
=
= 0.026 mol/min
10 min - 0 min

Hóa Đại cương A2

Chương 3

5


Chemical Kinetics
Reaction Rates

Hóa Đại cương A2

Chương 3

6

Rates
Termsbình
of Concentrations
Vận
tốcintrung

C4H9Cl(aq) + H2O(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq)

Hóa Đại cương A2

Chương 3

7


Vận tốc tức thời (instantaneous rate)
 Phản ứng chậm dần theo thời gian (the
average rate decreases with time).
 Dựng đường tiếp tuyến của đường cong
biểu diễn vận tốc theo thời gian. Dộ dốc
của tiếp tuyếncho ta vận tốc tức thời
(instantaneous rate) của phản ứng tại
thời điểmđó
 Dấu của vận tốc phụ thuộc hệ số góc của
đường tiếp tuyến
 Từ nay khi nói tới vận tốc là nói tới vận
tốc tức thời
Hóa Đại cương A2

Chương 3

8


Vận tốc tức thời (instantaneous
rate)
Rates in Terms of Concentrations

Hóa Đại cương A2

Chương 3

9


Chemical Kinetics
Reaction Rates and Stoichiometry
• For the reaction
C4H9Cl(aq) + H2O(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq)
we know

∆[ C4 H 9Cl ] ∆[ C4 H 9OH ]
Rate = −
=
∆t
∆t

• In general for
aA + bB → cC + dD

1 ∆[ A ]
1 ∆ [ B ] 1 ∆ [ C] 1 ∆ [ D]
Rate = −
=−
=
=
a ∆t
b ∆t
c ∆t
d ∆t
Hóa Đại cương A2

Chương 3

10


Biểu thức vận tốc phản ứng
• Với những nồng độ đầu khác nhau, người
ta nhận thầy rằng vận tốc phản ứng tăng
khi nồng độ tăng:
NH4+(aq) + NO2-(aq) → N2(g) + 2H2O(l)

Hóa Đại cương A2

Chương 3

11

Biểu thức vận tốc phản ứng

NH4+(aq) + NO2-(aq) → N2(g) + 2H2O(l)

 Khi nồng độ [NH4+] tăng 2 lần, nồng độ
[NO2-] không đổi thì vận tốc phản ứng tăng
2 lần
 Khi nồng độ [NO2-] tăng 2 lần, nồng độ
[NH4+] không đổi thì vận tốc phản ứng
cũng tăng 2 lần
vận tốc ∝ [NH4+][NO2-].
Biểu thức vận tốc phản ứng
vận tốc = k[NH4+][ NO2-].
• k là hằng số tốc độ của phản ứng
Hóa Đại cương A2

Chương 3

12


Bậc của phản ứng
Một biểu thức vận tốc có dạng

vận tốc = k[reactant 1]m[reactant 2]n
 Bậc phản ứng được định nghĩa là tổng số mũ
của các nồng độ
 Phản ứng trên được gọi là có bậc m theo
reactant 1, bậc n theo reactant 2 và bậc tổng
cộng là m+n

 Biểu thức vận tốc là một đặc trưng được xác
định từ thực nghiệm của một phản ứng; Nó
không thể được tính toán dựa trên hệ số tỷ
lượng của phương trình hoá học.
Hóa Đại cương A2

Chương 3

13


Sự biến đổi của vận tốc theo nồng độ
Dùng vận tốc đầu để xác định biểu thức vận tốc
• Một phản ứng có bậc zero theo một tác chất nếu
thay đổi nồng độ tác chất đó không ảnh hưởng lên
vận tốc.
• Một phản ứng là bậc nhất nếu tăng gấp đôi nồng
độ vận tốc tăng gấp đôi.
• Một phản ứng là bậc hai nếu tăng gấp đôi nồng độ
vận tốc tăng 22 lần.
• Một phản ứng là bậc n nếu tăng gấp đôi nồng độ
vận tốc tăng 2n lần.
Lưu ý: hằng số vận tốc không phụ thuộc bậc phản
ứng
Hóa Đại cương A2

Chương 3

14

The Change of Concentration with Time
Phản ứng bậc nhất đơn giản
• Ta có thể chuyển biểu thức vận tốc thành phương
trình biểu diễn nồng độ theo thời gian.
• Đối với phản ứng bậc nhất, vận tốc tăng gấp đôi khi
nồng độ tăng gấp đôi.

ln[ A ] t = − kt + ln[ A ] 0
• Đường ln[A]t theo t là một đường thẳng với độ dốc
-k và tung độ gốc ln[A]0.
Hóa Đại cương A2

Chương 3

15


Phản ứng bậc nhất đơn giản

ln[ A ] t = − kt + ln[ A ] 0

Hóa Đại cương A2

Chương 3

16


Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2

• Half-life t1/2 là thời gian để nồng độ tác chất giảm còn một
nửa so với ban đầu.
• Tức là half life, t1/2 , là thời gian để nồng độ tác chất A giảm
từ [A]0 xuống ½[A]0.
• Biểu thức của t1/2

t1 = −
2

ln 1
k

2 = 0.693

k

 half life, t1/2 , không phụ thuộc nồng độ đầu của tác chất [A]o

Hóa Đại cương A2

Chương 3

17


Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2

Hóa Đại cương A2

Chương 3

18


The Change of Concentration with Time
Phản ứng bậc hai đơn giản
• Cho phản ứng bậc hai với chỉ một tác chất A

1
1
= kt +
[ A] t
[ A] 0
• Đường biểu diễn 1/[A]t theo t là một đường
thẳng với độ dốc k và tung độ gốc 1/[A]0
• Đường biểu diễn của ln[A]t theo t không phải là
đường thẳng.

Hóa Đại cương A2

Chương 3

19


Phản ứng bậc hai đơn giản

Hóa Đại cương A2

Chương 3

20


Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2
 Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2 phụ thuộc nồng độ
đầu của tác chất [A]o

1
t1 =
2 k [ A] 0
• Một phản ứng có biểu thức vận tốc dạng:
rate = k[A][B],
là phản ứng có bậc chung là bậc hai nhưng bậc
nhất theo A và B.
Hóa Đại cương A2

Chương 3

21


Sự biến đổi của vận tốc theo nhiệt độ
• Hầu hết các phản ứng đều xảy ra nhanh hơn khi
tăng nhiệt độ. (VD. thực phẩm bị hư khi không
được trữ lạnh.)
• Do trong biểu thức vận tốc không chứa đại lượng
đặc trưng cho nhiệt độ, đại lượng này phải được
chứa trong k.
• Nhiệt độ tăng làm vận tốc phản ứng tăng do k tăng.

Hóa Đại cương A2

Chương 3

22


nhiệt độ và vận tốc

Hóa Đại cương A2

Chương 3

23


nhiệt độ và vận tốc
• Xét phản ứng bậc nhất:
CH3NC → CH3CN.
 Khi nhiệt độ tăng từ 190 °C lên 250 °C, hằng số
vận tốc tăng từ 2.52 × 10-5 s-1 lên 3.16 × 10-3 s-1.
• Tại sao ảnh hưởng của nhiệt độ lại lớn như
vậy?

Hóa Đại cương A2

Chương 3

24

Thuyết va chạm (The Collision Model)
• Từ những quan sát cho thấy vận tốc phản ứng
phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ, người ta
đưa ra lý thuyết nhẳm giải thích những kết quả
quan sát này.
The collision model:
• Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải va chạm
đủ mạnh với nhau
• Số lần va chạm càng nhiều, vận tốc phản ứng
càng lớn

Hóa Đại cương A2

Chương 3

25