Bài giảng động hoa hoc NEW

ĐỘNG HÓA HỌC

TS. Trần Phi Hoàng Yến


MỤC TIÊU
Trình bày và giải thích được đại lượng tốc độ phản
ứng và bậc phản ứng.
Trình bày được biểu thức toán học của các phương
trình động học phản ứng bậc 0,1,2…
Trình bày khái niệm và biểu thức của các hằng số
tốc độ phản ứng bậc 0,1,2 và đại lượng T1/2 của
chúng.
Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ
phản ứng.
Áp dụng động học phản ứng để tính toán tuổi thọ
của thuốc…


Xét phản ứng hóa học tổng quát sau:
A+B→C+D
Hóa Vô cơ: xem xét sự hình thành chất C và D là gì, 2
chất A và B có phản ứng với nhau hay không?, liên kết
hình thành là gì?
Hóa Hữu cơ: xem xét cơ chế của phản ứng này, các
đồng phân của C và D có thể có xảy ra.
Hóa Lý: xem xét 2 vấn đề: Nhiệt động và động học


MỞ ĐẦU
Nhiệt động:

Nghiên cứu nhiệt của phản ứng này (tức là
năng lượng hấp thu hay sinh ra).
Chiều hướng của phản ứng.
Phản ứng có khả năng xảy ra không?

Động học:
Nghiên cứu tốc độ phản ứng và các yếu tố
ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng


ỨNG DỤNG
ĐỘNG HOÁ HỌC

TỔNG HỢP
HOÁ DƯỢC

CHIỀU
HƯỚNG PƯ
HIỆU SUẤT
THỜI GIAN
KINH TẾ

DƯỢC
LÂM SÀNG

DƯỢC
ĐỘNG HỌC
TẦN SUẤT
LIỀU DÙNG

CÔNG NGHỆ
BÀO CHẾ

DỰ ĐOÁN
TUỔI THỌ,
ỔN ĐỊNH
HOẠT CHẤT,
DẠNG BÀO
CHẾ

CHIẾT XUẤT
DƯỢC LIỆU

CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG ,
ỔN ĐỊNH HỢP
CHẤT, XỬ LÝ
CHIẾT XUẤT


Đo nồng độ thuốc trong máu sau khi uống thuốc theo thời
gian, để có được “thông số dược động học của quá trình
hấp thu thuốc”, gồm: tiềm thời, Tmax, Cmax, Cmin….


???

Kiểm soát quá trình phân hủy của thuốc
theo thời gian
“Thử nghiệm về độ ổn định của thuốc”

CÁC KHÁI NIỆM CẦN HIỂU KHI
NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG HỌC CỦA
PHẢN ỨNG HÓA HỌC
1. Tốc độ phản ứng
2. Bậc phản ứng
3. Hệ số tỷ lượng của phản ứng
4. Phương trình động học phản ứng
5. Hằng số tốc độ phản ứng
6. Thời gian bán hủy
7. Tuổi thọ của thuốc


KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG HỌC
PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Khi xét một phản ứng hóa học. Dưới góc độ
của động học phản ứng:
-Tốc độ phản ứng: là đại lượng đặc trưng
quan trọng của một phản ứng, biểu diễn mức
độ nhanh hay chậm của một phản ứng,
Tốc độ phản ứng được tính bằng độ biến thiên
nồng độ của chất tham gia phản ứng hoặc sản
phẩm của phản ứng trong một đơn vị thời gian


Một số khái niệm
Tốc độ phản ứng:
Tốc độ: là sự biểu thị tính nhanh hay chậm của
một hoạt động.

Tốc độ phản ứng: sự biến thiên nồng độ của chất
tham gia phản ứng hay sản phẩm trong một đơn
vị thời gian
A

B (sản phẩm)

d[A]
d[B]
v=−
hay v = +
dt
dt


Một số khái niệm

Bậc của phản ứng hóa học
Khái niệm: bậc phản ứng là tổng số các hệ số lũy thừa
của nồng độ trong phương trình biểu diễn sự phụ thuộc
của tốc độ phản ứng vào nồng độ của các chất phản ứng;
cho biết mức độ ảnh hưởng của nồng độ với tốc độ của
phản ứng hóa học.
Xét phản ứng hóa học: A + B → C
Ta có, tốc độ phản ứng: V = k [A]m [B]n
K: hằng số vận tốc, hằng số tốc độ phản ứng
m: bậc phản ứng theo A
n: bậc phản ứng theo B
m +n: bậc của phản ứng

Xét phản ứng hóa học tổng quát sau:
A+B→C+D
Hóa Vô cơ: xem xét sự hình thành chất C và D là gì, 2
chất A và B có phản ứng với nhau hay không?, liên kết
hình thành là gì?
Hóa Hữu cơ: xem xét cơ chế của phản ứng này, các
đồng phân của C và D có thể có xảy ra.
Hóa Lý: xem xét 2 vấn đề: Nhiệt động và động học


Ví dụ:
Xét phản ứng phân hủy của H2O2
2H2O2 → 2H2O + O2
Nếu xét theo hệ số tỷ lượng:
Bậc của phản ứng phân hủy này là bậc 2
đối với chất phản ứng H2O2.
Bậc của phản ứng là bậc 3 đối với sản
phẩm.


Xét phản ứng phân hủy của H2O2
2H2O2 → 2H2O + O2
Dựa vào cơ chế phản ứng xem phản
ứng trên xảy ra 2 giai đoạn:
Gđ1: H2O2 → H2O + O-.(chậm).
Gđ2: O- + H2O2 → H2O + O2 (nhanh).
⇒ Bậc của phản ứng là bậc 1 theo giai đoạn
chậm (Gđ1)

Vậy, trong một số trường hợp phản ứng
đơn giản (1 giai đoạn, đơn phân tử) bậc
phản ứng cũng chính là hệ số tỷ lượng.
Bậc phản ứng có thể thay đổi tuỳ theo
điều kiện phản ứng còn hệ số tỷ lượng
(phân tử số) thì không thay đổi.


Một số khái niệm

Phương trình động học của phản ứng
Phương trình động học của phản ứng là
phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ
phản ứng vào nồng độ của các chất phản ứng.
Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ của
chất phản ứng đã được M.Guldberg 1836-1902
nhà toán học, hóa học và nhà hóa học P.Waage
1833-1900 là nhà hóa học, đều là người Nauy
tìm thấy với tên gọi là định luật tác dụng khối
lượng.


The law of mass action
(Cato
Maximilian
Guldberg
and
Peter
Waage)

Định luật tác dụng khối
lượng: “Trong một hệ đồng
thể ở nhiệt độ không đổi, tốc
độ phản ứng tỷ lệ thuận với
tích số nồng độ các chất
phản ứng với số mũ bằng
hệ số hợp thức của chúng
trong phương trình phản
ứng”


Một số khái niệm

A

B (sản phẩm)

d[A]
Tốc độ phản ứng v = −
= k[A]
dt
Khi [A] = 1 thì V = K
Hằng số tốc độ phản ứng (k) là tốc độ riêng của phản
ứng.
Hằng số tốc độ k: Về ý nghĩa vật lý hằng số tốc độ k của
phản ứng hóa học là tốc độ của phản ứng hóa học khi
nồng độ các chất tham gia phản ứng bằng 1 đơn vị và
bằng 1 mol/l.

K có thứ nguyên và thứ nguyên của K phụ thuộc
bậc của phản ứng.
Giả sử:

aA + bB = cC + dD

Thứ nguyên của hằng số tốc độ k
Ở V = const phản ứng đồng thể bậc n có ptr động học:

dC A
dC A 1
n1
n2
−
= kCA 1 C A 2 .... ⇒ k = −
.
n
n
dt
C A C A dt
với bậc phản ứng là n = n1 + n2 + ...
i

1

1

2

2

Vì dCA < 0 nên -dCA > 0. hằng số tốc độ k có thứ nguyên:
k = (nồng độ)1 – n x (thời gian) –1
= (nồng độ) –(n – 1)x (thời gian)–1
Thời gian tính bằng giây, phút, giờ ….
Nồng độ tính bằng mol/l


MỞ ĐẦU
Nhiệt động:
Nghiên cứu nhiệt của phản ứng này (tức là
năng lượng hấp thu hay sinh ra).
Chiều hướng của phản ứng.
Phản ứng có khả năng xảy ra không?

Động học:
Nghiên cứu tốc độ phản ứng và các yếu tố
ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng


Một số khái niệm

Chu kỳ bán hủy
Trong động hóa học: T1/2 là thời gian mà nồng
độ chất phản ứng giảm đi một nửa.
Trong dược động học: T1/2 là thời gian bán hủy
(chu kỳ bán hủy, nửa đời sinh học, nửa đời
trong huyết tương, nửa đời): là TG để hàm
lượng thuốc còn một nửa trong huyết tương so
với tổng lượng thuốc hấp thu vào trong máu.

Hạn dùng của thuốc
Là thời gian để hàm lượng thuốc còn lại 90% so
với hàm lượng thuốc ghi trên nhãn.


Phương pháp khảo sát động học phản ứng
1. Biết cách thiết lập phương trình động học: PTr động
học là biểu thức trình bày quy luật thay đổi của nồng
độ chất tham gia phản ứng theo thời gian
Viết phương trình động học hợp thức gồm: tốc độ
phản ứng theo định nghĩa và định luật tác dụng khối
lượng.
Giải phương trình vi phân cấp 1 đơn giản.
Trình bày phương trình động học liên hệ giữa nồng
độ chất tham gia phản ứng và thời gian.
2. Tính toán các đặc trưng của từng bậc phản ứng gồm:
hằng số tốc độ phản ứng k và T½


KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG
1. Động học các phản ứng đơn giản (Hệ số tỷ
lượng = bậc phản ứng)
Những phản ứng một giai đoạn (nghĩa là A, B va chạm dẫn
đến sản phẩm) = phản ứng cơ bản, ví dụ:
H+ + OH− → H2O
CH3−O−CH3 → CH4 + CO + H2
H+
_
CH3 CH2−COO−CH3 + H2O →

CH3CH2OH + CH3COOH

2. Động học các phản ứng phức tạp (hệ số tỷ
lượng ≠ bậc phản ứng)
ứng):: cơ chế pứ phức tạp,
qua nhiều giai đoạn


ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

KHẢO SÁT PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG
Thiết lập phương trình động học
học::
Xét phản ứng A
sản phẩm
Phản ứng bậc không là phản ứng mà tốc độ phản
ứng không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ chất
tham gia phản ứng.
0
d[A]
Tốc độ phản ứng v = −
= k[A ] = k
dt
Biến đổi phương trình trên ⇒ k.dt = - d[A]
[A]
t
Lấy tích phân 2 vế
k ∫ dt = − ∫ d[A]
t =0

[ A ]0

Kết quả ta thu được: kt = [A]0 – [A]


ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc không
Phương trình động học của phản ứng bậc không:
[A] = – kt + [A]0
Hằng số tốc độ phản ứng

1
k = ([A]0 − [A])
t

Từ phương trình trên hằng số tốc độ phản ứng bậc
không được xác định thông qua sự thay đổi [A] theo
thời gian t.