_______________________________________________________________________________________________

Chương 3

KHÁI NIỆM VỀ ÐỘNG HÓA HỌC

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN. PHƯƠNG TRÌNH ÐỘNG HỌC CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG CÓ BẬC ÐƠN GIẢN.

Ðộng hóa học có mục đích khảo sát gia tốc phản ứng, tức coi một bội nghịch ứng hóa học xảy ra nhanh tuyệt chậm. Có những phản ứng xẩy ra rất nhanh như bội phản ứng trung hòa giữa acid dạn dĩ với baz mạnh, bội nghịch ứng nổ của dung dịch súng... Cũng có những làm phản ứng xẩy ra rất chậm trễ như bội phản ứng ester- hóa thân acid hữu cơ với rượu, sự chế tạo rỉ sét (gỉ sắt, rỉ sắt, sét)...

Về phương diện công nghiệp, một làm phản ứng chất hóa học chỉ hữu dụng thật sự nếu hiệu suất phản ứng giành được cao vào một thời hạn càng ngắn càng tốt. Còn những phản ứng vô ích như sự làm mòn kim loại, sự tạo thành khí làm ô nhiễm môi trường... Chúng ta cần hạn chế gia tốc của chúng.

Cũng có rất nhiều phản ứng mặc dù nhiệt hễ học cho phép xảy ra

*
, tuy nhiên lại xảy ra quá lờ lững nên thực tế coi như ko xảy ra. Họ cần đầu tư chi tiêu nghiên cứu rượu cồn hóa học của những phản ứng này để xúc tiến phản ứng xảy ra nhanh hơn, giả dụ muốn.

Do đó, vụ việc khảo sát vận tốc phản ứng rất cần thiết trong phạm vi hóa học ứng dụng.

Về mặt kỹ thuật cơ bản, rượu cồn hóa học vào vai trò đặc biệt trong việc khám phá diễn tiến của làm phản ứng chất hóa học tức xác định cơ chế làm phản ứng hóa học.

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1. Làm phản ứng đối kháng giản, phản nghịch ứng phức tạp

TOP
phản nghịch ứng dễ dàng hay còn được gọi là phản ứng sơ cấp cho là phản bội ứng một chiều chỉ xẩy ra trong một giai đoạn duy nhất, nghĩa là phản nghịch ứng đi trực tiếp từ tác hóa học tạo sản phẩm mà không có tạo các chất trung gian. Hồ hết phản ứng không thỏa mãn điều khiếu nại trên được call là bội phản ứng phức tạp. Bội nghịch ứng song song, làm phản ứng nối tiếp... Là những phản ứng phức tạp.

Thí dụ:

- bội nghịch ứng

*
là phản ứng dễ dàng và đơn giản vì phản nghịch ứng chỉ xảy ra một tiến trình duy nhất.

- phản nghịch ứng:

*
là bội nghịch ứng phức hợp vì phản nghịch ứng này trải qua hai tiến trình nối tiếp:

N2O5 -> N2O3 + O2

N2O3 + N2O5 -> 4NO2

2. Bội phản ứng đồng thể, dị thể, đồng pha, dị pha

TOP
- phản ứng đồng thể: là bội nghịch ứng chỉ xảy ra trong thể tích một pha. Làm phản ứng đồng thể chỉ hoàn toàn có thể xảy ra trong pha khí hoặc pha lỏng cơ mà không xảy ra trong trộn rắn vì lúc một chất rắn đồng thể thâm nhập phản ứng hóa học thì nó biến hóa dị thể.

- phản ứng dị thể: là làm phản ứng chỉ xẩy ra trên mặt phẳng phân chia hai pha, không xẩy ra trong thể tích của một pha nào.

Thí dụ: phản nghịch ứng oxid-hóa khí SO2 vì khí O2 tạo thành khí SO3 xảy ra trên bề mặt hóa học xúc tác rắn Pt (hay V2O5) là 1 trong phản ứng dị thể.

- phản nghịch ứng đồng pha: là làm phản ứng trong những số ấy hệ hóa học chỉ có tác dụng thành một pha từ trên đầu đến cuối.

- phản bội ứng dị pha: là phản bội ứng trong các số đó hệ hóa học làm cho thành nhì hay những pha không giống nhau:

Thí dụ:

*
là bội phản ứng đồng thể, dị pha.

*
là phản nghịch ứng đồng thể, dị pha.

*
là phản ứng dị thể, dị pha.

*
là bội nghịch ứng đồng thể, đồng pha.

3. Gia tốc phản ứng

TOP
vận tốc phản ứng là đại lượng cho biết thêm sự cấp tốc hay lừ đừ của phản bội ứng. Vận tốc phản ứng được xác định bằng cách đo độ bớt số mol của tác hóa học hay độ tăng số mol của sản phẩm trong một đơn vị thời gian.

Ðối với phản bội ứng đồng thể trong pha khí hay trong dung dịch hoàn toàn có thể tích không thay đổi thì vận tốc phản ứng thường được xác định bằng cách đo độ giảm nồng độ (mol/lít) của tác hóa học hay độ tăng nồng độ thành phầm trong một đơn vị chức năng thời gian.

Xem làm phản ứng đồng thể đồng pha:

A + B -> C + D

Ở thời gian t, trả sử độ đậm đặc (mol/l) của A, B, C, D theo lần lượt là , , , . Ở thời gian

*
, nồng độ của các chất lần lượt là:

*

Theo có mang trên, tốc độ trung bình của bội nghịch ứng là:

*

( vết - được cung ứng để tốc độ có trị số dương )

Vận tốc phản bội ứng biến đổi theo thời hạn t.

Vận tốc tức thì ở thời gian t là:

*

*

(Vận tốc phản ứng bằng trừ đạo hàm của hàm số mật độ tác chất theo đổi mới số thời hạn hay bằng đạo hàm của hàm số nồng độ thành phầm theo thời gian).

Tổng quát tháo với phản nghịch ứng:

mA + nB -> pC + qD

Thì tốc độ của bội nghịch ứng là:

*

(Chia cho những hệ số tỉ lượng khớp ứng để vận tốc phản ứng tính theo bất kể chất làm sao của bội phản ứng cũng bởi nhau).

4. Bậc làm phản ứng

TOP
Với phản nghịch ứng đồng thể: A + B -> sản phẩm.

Thực nghiệm cho biết thêm vận tốc phản nghịch ứng là:

*

Với , theo thứ tự là mật độ mol/l của những tác chất A, B.

Người ta nói:

- bội phản ứng có bậc tổng quát (hay bậc toàn phần) là m + n.

- bội phản ứng gồm bậc m theo A, bậc n theo B.

(Hay bao gồm bậc riêng phần m theo A, bậc riêng rẽ phần n theo B)

k là 1 trong những hằng số không phụ thuộc vào nồng độ các chất trong làm phản ứng, nó chỉ dựa vào vào loại phản ứng và nhiệt độ tiến hành phản ứng (k tỉ lệ với nhiệt độ T:

*

m, n là các trị số được khẳng định từ thực nghiệm, hoàn toàn có thể là số nguyên 1, 2, 3 hay những phân số hoặc bởi 0, đôi khi hoàn toàn có thể là số âm.

Bậc tổng thể của phản ứng hoàn toàn có thể là số nguyên (1, 2, 3...) hay 1 số lẻ (

*
...).

Trong thực tế đa số không gặp gỡ những bội phản ứng bao gồm bậc cao hơn 3.

Với các phản ứng đơn giản thì bậc phản nghịch ứng hay bằng hệ số tỉ lượng nguyên về tối giản đứng trước các chất trong phản bội ứng.

Thí dụ:

*

=> phản nghịch ứng bao gồm bậc 2 tổng quát, bậc 1 theo H2, bậc 1 theo I2.

- Với phản ứng

*

Thực nghiệm đến biết

*

=> làm phản ứng này thuộc bậc 2 tổng quát, bậc 1 theo

*

- Với làm phản ứng thủy phân clorur tert-butil vào lượng nước có dư:

(CH3)3C-Cl + H2O -> (CH3)3C-OH + HCl

Thực nghiệm cho biết thêm

*

=> bội phản ứng này có bậc 1 tổng quát, bậc 1 theo

*
, bậc 0 theo H2O.

( vày nước rước dư khá nhiều so với

*
phải sự đổi khác nồng độ của nó không đáng chú ý sau làm phản ứng, coi nồng độ nước như không chuyển đổi ).

- Với phản nghịch ứng cùng brom vào alken (olefin):

*

Thực nghiệm cho thấy

*

=> làm phản ứng có bậc 3 tổng quát, bậc 1 theo

*
, bậc 2 theo Br2.

- Với làm phản ứng

*
ở quá trình đầu mới cho những tác chất vào, chưa tạo HBr đáng chú ý thì thực nghiệm cho thấy thêm
*

=> phản nghịch ứng tất cả bậc 3/2 tổng quát, bậc 1 theo H2, bậc một nửa theo Br2 (ở tiến trình đầu) (Khi tất cả tạo HBr tương đối nhiều, tốc độ phản ứng còn phụ thuộc vào vào nồng độ thành phầm HBr).

- Với làm phản ứng

*

Thực nghiệm cho thấy thêm

*

=> bội phản ứng có bậc 3 tổng quát, bậc 2 theo NO, bậc 1 theo O2.

- Với làm phản ứng chế tạo ra phosgen:

CO(k) + Cl2(k) -> COCl2(k)

Thực nghiệm cho biết

*

=> bội nghịch ứng tất cả bậc

*
tổng quát, bao gồm bậc 1 theo CO, bậc
*
theo Cl2.

Cần chú ý bậc bội nghịch ứng là một khái niệm thực nghiệm.

5. Tạp hóa học kích cồn ( Phức vận động ). Phân tử số làm phản ứng

TOP
bội nghịch ứng hóa học xảy ra luôn luôn tất nhiên sự đứt link và ráp links (đứt nối với ráp nối). Sự đứt link và ráp liên kết rất có thể xảy ra đồng thời hoặc không đồng thời. Giả sử bội nghịch ứng xảy ra giữa A và B thì nhị phân tử A cùng B phải va va vào nhau và bắt buộc có tích điện thích phù hợp để tạo nên phản ứng hóa học. Tích điện tối thiểu mà lại hóa chất cần phải có thêm so với trạng thái ban sơ để chế tạo ra phản ứng chất hóa học được hotline là năng lượng hoạt hóa (năng lượng kích động). Tâm trạng của chất hóa học ứng với năng lượng tối đa được call là trạng thái chuyển tiếp. "Hợp chất" khớp ứng với tâm lý này được call là phức hoạt hóa (hay tạp hóa học kích hễ hay hòa hợp chất phức hợp kích động).

Tạp hóa học kích hễ có link thường ko được xác định.

Năng lượng hoạt hóa (kích động) càng tốt thì bội nghịch ứng xảy ra càng chậm, hằng số gia tốc k càng nhỏ.

Phân tử số của làm phản ứng được định nghĩa là số phân tử của hóa chất cần thiết để sinh sản phân tử tạp chất kích hễ này. Như vậy, để hiểu phân tử số cần biết cơ chế của làm phản ứng.

*

Thí dụ: phản bội ứng:

*

Theo cơ chế:

*

Tạp hóa học kích đụng

(Sự đứt links và ráp liên kết xảy ra thuộc lúc, phân tử số 2)

*

Phản ứng núm trên xẩy ra trong một giai đoạn duy nhất. Tạp hóa học kích động ở đoạn đỉnh của giản đồ biến hóa năng lượng theo tiến trình phản ứng. Tạp chất kích động không cô lập được (vì có tích điện cao, không bền, hiện diện trong thời hạn rất ngắn).

6. Chất trung gian

TOP
Một bội phản ứng hóa học rất có thể xảy ra theo nhiều giai đoạn. Vào trường vừa lòng này, thành phầm của quy trình tiến độ trước là tác chất của quá trình sau với được gọi là hóa học trung gian.

A + B -> C -> D

*

Trong giản đồ vật trên, C là hóa học trung gian. Phụ thuộc vào C có tích điện thấp xuất xắc cao, C rất có thể cô lập được tuyệt không. Vị trí của C là trũng của giản thiết bị toàn vẹn. Tất cả trường phù hợp phản ứng gồm nhiều tiến trình mà một trong những giai đoạn xảy ra thật chậm tương xứng với tích điện kích cồn cao nhất. Quá trình chậm nhất ấy là giai đoạn khẳng định vận tốc phản nghịch ứng (giai đoạn tốc định), chính vì phản ứng đã vượt qua giai đoạn chậm trễ này thì các giai đoạn còn lại phản ứng thừa qua dễ dàng dàng. Về phương diện động hóa học, chính quy trình chậm này là giai đoạn quan trọng nhất trong việc đề xuất cơ chế cho 1 phản ứng hóa học cùng bậc tổng thể của làm phản ứng căn cứ vào quy trình chậm duy nhất này.

Thí dụ: Với phản bội ứng:

*

Phản ứng này trải qua nhì giai đoạn:

- giai đoạn đầu: chậm, tạo thành chất trung gian carbonium:

*

- quy trình sau: nhanh, là làm phản ứng của carbonium với OH( nhằm tạo thành phầm cuối cùng:

*

*

Trong giản đồ đổi khác năng lượng theo tiến trình phản ứng của sự việc thủy phân clorur tert-butil trong dung dịch baz loãng, ta có hai tạp chất kích cồn và một hóa học trung gian.

Phân biệt chất trung gian và tạp hóa học kích động:

- chất trung gian là chất gồm thực, hoàn toàn có thể nhận biết được và trong một trong những trường hợp hoàn toàn có thể cô lập được ví như bền.

Tạp hóa học kích rượu cồn không cô lập được và hoàn toàn có thể chỉ là 1 trong hợp hóa học lý thuyết.

- chất trung gian nằm ở trũng của giản đồ, trong những lúc tạp hóa học kích động nằm ở vị trí đỉnh của giản đồ biến đổi năng lượng theo quy trình phản ứng.

II. PHƯƠNG TRÌNH ÐỘNG HỌC CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG CÓ BẬC ÐƠN GIẢN

Phương trình hễ học của một bội phản ứng là biểu thức tương tác giữa nồng thứ tác chất, hằng số tốc độ phản ứng, nồng độ ban đầu của tác chất và thời hạn thực hiện phản ứng.

1. Phản ứng hàng đầu

TOP
Xem bội nghịch ứng đồng thể : A -> C + D

t = 0 : a(mol/l) 0 0

t : x mol bội phản ứng x x

*
: nồng độ ban đầu của tác chất A.

= a - x : độ đậm đặc ở thời điểm t của tác chất A.

Vì là phản bội ứng bậc nhất:

*

*

*

*

*

Ðây là phương trình đụng học của phản nghịch ứng bậc nhất, cho thấy thêm sự phụ thuộc vào của nồng độ tác chất theo thời hạn t, hằng số tốc độ k của bội nghịch ứng và nồng độ ban sơ của tác chất.

Muốn xác minh hằng số vận tốc phản ứng k, ta đo nồng độ tác chất (a - x) ở những thời điểm t không giống nhau, rồi vẽ đường biểu diễn các hàm số lg(a - x) theo thời gian t, sẽ có một mặt đường thẳng mà thông số góc (độ dốc) là

*
, tung độ nơi bắt đầu là lga. Từ kia suy ra được k.

*

*

Ghi chú:

- Sở dĩ bắt buộc làm những thí nghiệm ở các thời điểm t không giống nhau, đo nồng độ tác chất ở các thời điểm khớp ứng và vẽ đường màn biểu diễn lg(a - x) theo t để xác minh k, vì đấy là môn thực nghiệm giả dụ chỉ đo một lần, nhưng mà lần này có tác dụng sai thì công dụng sẽ sai. Ta đo những lần, vị trí nào lệch vô số so với mặt đường thẳng mà các thí nghiệm khác trải qua thì có thể thí nghiệm đó đo sai, ta có thể bỏ qua phân tách này.

- giả dụ đo được khá đúng trong những một lần thể nghiệm thì rất có thể áp dụng bí quyết để tính thẳng hằng số gia tốc k.

Từ

*

*

- từ

*
đơn vị của hằng số gia tốc phản ứng bậc 1 là
*
.

Bán sinh bội phản ứng (bán bỏ phản ứng, thời hạn nửa phản bội ứng) là thời hạn

*
quan trọng để phân nửa phản ứng được triển khai (mất một phần hai còn một nửa nên người ta gọi là chào bán hủy hay phân phối sinh phần đông được).

Từ

*

Khi

*

*

*

Như vậy, trong một phản nghịch ứng bậc nhất, bán sinh của bội nghịch ứng tỉ trọng nghịch với hằng số gia tốc k và không phụ thuộc vào vào độ đậm đặc tác hóa học ban đầu.

Thí dụ: những phản ứng hàng đầu như bội phản ứng gắng SN1, phản bội ứng khử E1.

2. Bội phản ứng bậc hai

TOP
Xem bội phản ứng đồng thể: A + B -> C + D

a. Trường thích hợp nồng độ nhì tác chất lúc đầu bằng nhau

A + B -> C + D

1 lít hệ phản ứng, t = 0 : a mol a 0 0

t : x mol phản ứng x => x => x

=> còn : (a - x) (a - x)

*

*

*

*

*

*

Ðây là phương trình hễ học của phương trình bội nghịch ứng bậc 2 trong các số ấy nồng độ ban sơ hai tác chất bởi nhau, đều bằng a (mol/l), nồng độ hai tác hóa học ở thời khắc t là (a - x) mol/l.

Muốn xác minh hằng số gia tốc phản ứng k, ta đo mật độ tác chất (a ( x) ở những thời điểm t không giống nhau rồi vẽ đường trình diễn của hàm sốĠ theo t, sẽ tiến hành một mặt đường thẳng mà hệ số góc (độ dốc) là k, tung độ gốc làĠ. Trường đoản cú đó khẳng định được k.


Bạn đang xem: Hệ đồng thể là gì


Xem thêm: Phong Cách Hồ Chí Minh Kiểu Văn Bản, Văn Bản Phong Cách Hồ Chí Minh Thuộc Thể Loại Nào

*

*

Từ

*

*
(3.7)

Như vậy, hằng số vận tốc phản ứng k của phản ứng bậc 2 có đơn vị chức năng là

*

Bán sinh phản ứng:

Khi

*

(3.7) =>

*

*

Vậy với phản ứng bậc nhì, nồng độ nhị tác chất lúc đầu bằng nhau thì bán sinh làm phản ứng tỉ nghịch cùng với hằng số gia tốc k cùng nồng độ lúc đầu a của tác chất.