17 January 2015 1 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU HÓA LÝ 2-ĐỘNG HỌC GIẢNG VIÊN: DIỆP KHANH KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2 -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, về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ như là: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối - Cơ chế của phản ứng. Giới thiệu 17 January 2015 2 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ý nghĩa 3 -Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đó lên tốc độ phản ứng, người ta sẽ: 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  cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp tác động lên phản ứng, tính 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. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 4 Phân loại -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. 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. 17 January 2015 3 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 5 -Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng hữu cơ trong pha lỏng. Lịch sử phát triển Guldberg (1836 - 1902) và Waage (1833 - 1900) - tác giả của định luật tác dụng khối lượng, là những người đặt nền tảng. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 6 - Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng hữu cơ trong pha lỏng. - Van't Hoff và Arrhenuis (1880) – đúc kết ra các phương trình là cơ sở của động hóa học.  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. Lịch sử phát triển Jacobus Henricus van 't Hoff, Jr. (30 August 1852 – 1 March 1911) 17 January 2015 4 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 7 Nghiên cứu phản ứng xảy ra nhanh hay chậm (tốc độ phản ứng). Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (chất xúc tác, nhiệt độ, áp suất, nồng độ) và cơ chế phản ứng. Ví dụ: H 2 (k) + 1/2O 2 (k)  H 2 O, ΔG 0 25C = -54,6 kcal. => Về mặt nhiệt động học thì phản ứng xảy ra, nhưng ta thấy như không xảy ra (vì phản ứng xảy ra rất chậm). Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 300 o C thì phản ứng xảy ra rất nhanh. Mục tiêu nghiên cứu về Động hoá học KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8 Một ví dụ khác: ? Ngược lại, có các phản ứng xảy ra rất nhanh: phản ứng đốt cháy metan hay đốt cháy isooctan trong xăng. 0 2( í) 2( í) 397 / diamond kh kh rxn C O CO G kJ mol     4( í) 2( í) 2( í) 2 ( í) 8 18( í) 2( í) 2( í) 2 ( í) 22 2 25 16 18 kh kh kh kh kh kh kh kh CH O CO H O C H O CO H O       17 January 2015 5 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 9 Cách thức nghiên cứu. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Các khái niệm cơ bản 10 Động học (kinetics = from a Greek stem meaning “to move”). Vận tốc phản ứng: là đại lượng đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của sự xảy ra phản ứng. Vận tốc phản ứng là lượng chất đã phản ứng hay sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời gian và trong một đơn vị thể tích. Phản ứng đồng thể?, ví dụ: Phản ứng dị thể?, ví dụ: 17 January 2015 6 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Xét trường hợp đơn giản: A  B t 1 [A] 1 [B] 1 t 2 [A] 2 [B] 2 21 0? A A A n n n    21 0? B B B n n n    AB nn v V t V t        21 0?t t t    Vận tốc tức thời ≠ Vận tốc trung bình ??? Cách biểu diễn: KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRONG ĐỘNG HÓA HỌC, NGƯỜI TA SỬ DỤNG VẬN TỐC TỨC THỜI CHỨ KHÔNG SỬ DỤNG VẬN TỐC TRUNG BÌNH. - Vận tốc tức thời (v tt ) được tính theo biểu thức: - Vận tốc tức thời (v tt ) được tính theo biểu thức: ,, . ii tb nC v i A B V t t        i tt dC v dt  hay AB tt dC dC v dt dt     ii C dC t dt      0 lim ii t C dC t dt       Khi ∆t0 thì hay 17 January 2015 7 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM v 1 vận tốc tức thời tại t = t 1 , v 0 là vận tốc tức thời tại t = t o . i tt dC v dt  KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -Một cách tổng quát: aA dDbB cC   1 1 1 1 . . . . C A B D tt dC dC dC dC v a dt b dt c dt d dt          Định luật tác dụng khối lượng: Năm 1864 C.Guldberg – P. Waage đưa ra định đề gọi là định luật tác dụng khối lượng. Theo định đề này vận tốc phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ ( với số mũ thích hợp) của các chất tham gia phản ứng . [ ] .[B] ab v k A 17 January 2015 8 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  Phương trình C.Guldberg – P. Waage biểu diễn định luật cơ bản của động hóa học, nó mô tả ảnh hưởng của nồng độ lên tốc độ phản ứng.  k ở trong phương trình C.Guldberg – P. Waage là một hằng số ở nhiệt độ không đổi, nó đặc trưng động học cho phản ứng cho trước. Nếu ta thu xếp cách biểu diễn nồng độ làm sao cho [A] = [B] = 1 mol/l thì v = k, vậy:  Hằng số tốc độ phản ứng là tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng nhau và bằng đơn vị (= 1).  Thứ nguyên (đơn vị biểu diễn) của hằng số tốc độ tùy thuộc vào loại (bậc) của phản ứng.  Theo cách mô tả ở trên, ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng là một hàm số nồng độ của một hoặc một số chất phản ứng. Ðối với các loại phản ứng khác nhau dạng đường cong biểu diễn sự phụ thuộc này là khác nhau. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Phức chất hoạt động (PCHD): để phản ứng xảy ra thì phải tạo thành một “tổ hợp trung gian” gọi là PCHD hay Trạng thái chuyển tiếp. ví dụ: H 2 + I 2 2 HI H H + I I [ H H I I ] 2 HI 17 January 2015 9 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Chất trung gian (CTG): Thực tế, phản ứng phải trải qua các giai đoạn: 3 3 2 3 3 ( ) ( ) OH CH CCl H O CH COH HCl     3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ( ) [( ) ] ( ) ( ) [ ( ) ] ( ) CH CCl CH C Cl CH C Cl CH C OH OH C CH CH COH                 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ∆H<0 Chất trung gian là chất có trong thực tế và có thể cô lập được nếu bền. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -Phân tử số: là số phân tử có thể tham gia trong một phản ứng sơ cấp ( phản ứng 1 giai đoạn). ví dụ: 2 22 2 2 2 2 2 2 II I H HI NO H N O H O      Pts =1 Pts = 2 Pts = 3 Pts là số nguyên dương. Trong thực tế, không có spt là 4, vì số va chạm cùng một lúc chỉ có 1,2 còn >= 3 thì xác suất cực kỳ nhỏ. 17 January 2015 10 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -Bậc phản ứng: xét phản ứng: (a, b,c, d:là hệ số tỉ lượng) Nếu thực nghiệm cho: aA dDbB cC   .[ ] [ ] [ ] m n l v k A B L Với: v: vận tốc của phản ứng. [ ]: nồng độ mol k: hằng số thì: m: là bậc riêng của A. n : là bậc riêng của B . l : là bậc riêng của L (có thể là chất xúc tác) Bậc tổng quát của phản ứng= (m + n + l), m, n,l thuộc tập R. Khi nào thì Hệ số tỉ lượng chính là bậc của phản ứng ? KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  TA CÓ HAI LOẠI PHƯƠNG TRÌNH: • Phương trình tỷ lượng (phương trình hợp thức). • Phương trình tốc độ (phương trình động học). - Phương trình tỷ lượng của phản ứng chỉ mô tả trạng thái đầu và cuối của phản ứng, không phản ánh sự diễn biến của phản ứng. - Phương trình động học có thể phản ánh cơ chế phản ứng một cách chung nhất. [...]... KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 23  Xét phản ứng K :xúctác A  B  K  K  D  Có cơ chế như sau: k1   A  K  AK *  k2 k3 B  AK *  ABK *  k4 ABK *  K  D   Xác định biểu thức vận tốc phản ứng? KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 24 12 17 January 20 15 Bài tập Xét phản ứng: k1 2 N2O5  4 NO2  O2   Có cơ chế như sau: k2   N 2O5  NO2  NO3  k3 k4 NO2  NO3  NO  O2  NO2... 1), ta có: t1 /2 = 2n-1 -1 const  Chia 2 vế của hai phương trình cho nhau = n-1  n-1 (n-1)ka a t1 /2 lgt -lgt'1 /2 a ' n-1  =( )  n-1= 1 /2  n-1 t'1 /2 a lga'-lga 2 -1 const t'1 /2 = = n-1  n-1 (n-1)ka' a'   t1 /2 = KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Ngoài ra, người ta có thể tìm ra được mới liên hệ giữa giá trị t1 /2 với t3/4và với t∞ t3/4= 2. t1 /2 t3/4= 3.t1 /2 t3/4= 5.t1 /2 2t3/4= 3.t1 /2 => Phản ứng... tgα=k t KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 14 17 January 20 15 - Trường hợp đặc biêt: (Chu kỳ bán hủy)  A t =t1 /2 – Ta có: a-x = a /2 t B x = a /2 1 a 1 a 1 0, 693 ln  t 1  ln  ln 2  k ax k a a k k 2 2 • Thời gian bán huỷ, chu kỳ bán huỷ, thời gian nửa phản ứng (half-life) t  t3/ 4  t 3  4 1 a 1 0, 693 ln  ln 22  2  2. t 1 k a  3a k k 2 4 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG... (t∞) chất A hoàn toàn chuyển thành chất B, ta có; t1/ 2  1 t ? 2 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 24 17 January 20 15 TÓM TẮT Bậc Phản ứng Phương trình động học dạng vi phân Dạng tích phân t1 /2 dx  k0 dt k0 t  x; x  [A]0 1 [A]0 2k0 dx  k1[A] dt k1.t  ln k2 t  0 A → SP 1 A → SP 2 2A → SP dx  k2 [A ]2 dt A + B → SP dx  k2 [A].[B ] dt  1 k2 t   [A]0  [B]0  nA → SP dx  kn [A]n dt kn t ... x 10 -2 2,0 x 10-3 4,6 x 107 2, 0 x 10 -2 2,0 x 10-3 Thí nghiệm 3 6,9 x 107 10 -2 2,0 x 10-3 Thí nghiệm 4 4,6 x 107 1,0 x 10 -2 4,0 x 10-3 Thí nghiệm 5 107 10 -2 6,0 x 10-3 6,9 x 3,0 x 1,0 x Xác định bậc riêng và chung của phản ứng trên? KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 31 17 January 20 15 Phương pháp chu kỳ bán hủy - Đối với phản ứng bậc 1, ta luôn có: 0,693 =const k Vì thế, ở T = const, t1 /2 không... KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 21 17 January 20 15  ln ln (a  x) a  (a  b)kt  ln (b  x) b (a  x) (b  x) ln ab t t KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Phương trình động học dạng tích phân của phản ứng một chiều bậc 3: A t1 = 0 t B a 0 a-x , v  k.[A]3 x - Ta có: dx dx  k[ A]3  k (a  x)3   k dt 3 dt (a  x) KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 22 17 January 20 15...  2 n  y  a x i i i 1 i 1 n KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 55 Bài tập 0: - Trong phản ứng: CH3COCH3  C2H4 + H2 + CO áp suất tổng cộng biến đổi như sau t (phút) 0 6,5 13,0 19,9 P (N.m -2) 41589,6 54386,6 65050,4 74914,6 Chứng minh rằng, phản ứng là bậc nhất và tìm giá trị trung bình của hằng số tốc độ ở nhiệt độ thí nghiệm (V = const) KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 28 17 January 20 15 Bài. .. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 30 17 January 20 15 Bài tập 2: Cho số liệu thực nghiệm của phản ứng như sau: Xác định bậc riêng phần và toàn phần của phản ứng trên ? KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bài tập 3: Số liệu thực nghiệm thu được ứng với phản ứng như sau: Thứ tự thí nghiệm Vận tốc (M s-1) Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Nồng độ bắt đầu các chất ban đầu phản ứng [H2O2] (M) [I-] (M) 2, 3... ( a  x ) n 1  a n 1   kt ( n  1)   n 1 2 1  1  t1/ 2   a n 1  k ( n  1)   - n = 1: ln a 0, 693  kt  t1/ 2  ax k KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 23 17 January 20 15 - Phản ứng bậc 0: A B t0= 0 a 0 t=t a-x v  k.[A]0 x - Ta có: dx  k  x  kt dt a t1/ 2  2k 3a 3  t3/ 4   t1/ 2 3a 4k 2 t3/ 4  4k KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Để phản ứng xảy ra hoàn toàn: tại thời... [A]  [A]0 [B]  ln  [B]0 [A] 1 k2 [A]0  2[ B]0 -[A]0  1 ln k2 [B]0 -[A]0  [B]0 n 1 n 1  1   1  1  2n 1  1      n  1  [A]  [A]0   n    (n  1)kn [A]0 1 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHƯƠNG PHÁP ĐO VẬN TỐC HẰNG SỐ TỐC ĐỘ VÀ BẬC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC Phương pháp đo tốc độ của phản ứng: KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 25 17 January 20 15 vtt   dCi dt v1 là vận tốc . January 20 15 1 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU HÓA LÝ 2- ĐỘNG HỌC GIẢNG VIÊN: DIỆP KHANH KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2 - ộng học hóa học là một bộ phận của hóa lý. . hóa học là một bộ phận của hóa lý. Ðộng học hóa học có thể được gọi tắt là động hóa học. - ộng hóa học là khoa học nghiên cứu về: - Tốc độ phản ứng hóa học, về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ như. kJ mol     4( í) 2( í) 2( í) 2 ( í) 8 18( í) 2( í) 2( í) 2 ( í) 22 2 25 16 18 kh kh kh kh kh kh kh kh CH O CO H O C H O CO H O       17 January 20 15 5 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC