ĐỘNG HÓA HỌC TRẦN PHI HOÀNG YẾN

ĐỘNG HÓA HỌC

TS. Trần Phi Hoàng Yến

MỤC TIÊU

n ơ h tốc độ phản Trình bày và giải thích được đại lượng N y ứng và bậc phản ứng. u Q Trình bày được biểu thức toánmhọc của các phương è0,1,2…

K trình động học phản ứng bậc y ạ Trình bày khái niệm vàDbiểu thức của các hằng số + / tốc độ phản ứng m bậc 0,1,2 và đại lượng T1/2 của o chúng. c . e gl các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ Trình bày ođược o phản ứng.

G Áp dụng động học phản ứng để tính toán tuổi thọ của thuốc…

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Xét phản ứng hóa học tổng quát sau: A+B→C+D

n ơ h

N y u

C và D là gì, 2 Hóa Vô cơ: xem xét sự hình thành chất Q m không?, liên kết chất A và B có phản ứng với nhau è hay K y hình thành là gì? ạ

D + / Hóa Hữu cơ: xem xét cơ chế của phản ứng này, các m đồng phân của C và.cDocó thể có xảy ra. e l g o o Hóa Lý: xem G xét 2 vấn đề: Nhiệt động và động học

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

MỞ ĐẦU n ơ h

Nhiệt động:

yN (tức là Nghiên cứu nhiệt của phản ứngunày năng lượng hấp thu hay sinh Q ra). m è Chiều hướng của phản ứng.

K y Phản ứng có khả năng Dạ xảy ra không? + / m

o c e.

Động học: gl

Nghiênoo cứu tốc độ phản ứng và các yếu tố G ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ỨNG DỤNG ĐỘNG HOÁ HỌC

n ơ h

TỔNG HỢP HOÁ DƯỢC

CHIỀU HƯỚNG PƯ HIỆU SUẤT THỜI GIAN KINH TẾ

DƯỢC LÂM SÀNG

e l g

o o G

DƯỢC ĐỘNG HỌC TẦN SUẤT LIỀU DÙNG

è K y

CÔNG NGHỆ BÀO CHẾ

ạ D /+

m o .c

Q m

N y u

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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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….

n ơ h

Q m

è K y

ạ D /+

N y u

m o .c

e l g

o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

n ơ h

N y u

Q m

è K y

ạ ???

D /+

m o .c

e l g

o o KiểmGsoát quá trình phân hủy của thuốc theo thời gian “Thử nghiệm về độ ổn định của thuốc” Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

CÁC KHÁI NIỆM CẦN HIỂU KHI NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC ơn

h N

y u Q

1. Tốc độ phản ứng 2. Bậc phản ứng

y

m è K

3. Hệ số tỷ lượng của phảnạứng

D + /

4. Phương trình động mhọc phản ứng

o c . phản ứng e 5. Hằng số tốc lđộ g o o 6. Thời gian G bán hủy 7. Tuổi thọ của thuốc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG HÓA HỌC

ngóc độ Khi xét một phản ứng hóa học. Dưới ơ h của động học phản ứng: yN u Q

-Tốc độ phản ứng: là đạièm lượng đặc trưng Kứng, biểu diễn mức quan trọng của một phản y ạ D độ nhanh hay chậm /của + một phản ứng,

m o c Tốc độ phản ứng được tính bằng độ biến thiên . e l gchất tham gia phản ứng hoặc sản nồng độ của o o phẩm của G phản ứng trong một đơn vị thời gian

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm n Tốc độ phản ứng: ơ h Nchậm của Tốc độ: là sự biểu thị tính nhanh hay y u một hoạt động.

Q m nồng độ của chất è Tốc độ phản ứng: sự biến thiên K y tham gia phản ứng hayạsản phẩm trong một đơn D vị thời gian + / m o A .c e l g

B (sản phẩm)

o o G

d[A] d[B] v=− hay v = + dt dt

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm

Bậc của phản ứng hóa học

nlũy thừa Khái niệm: bậc phản ứng là tổng số các hệ số ơ h phụ thuộc của nồng độ trong phương trình biểu diễn Nsự ychất phản ứng; của tốc độ phản ứng vào nồng độ của các u Q cho biết mức độ ảnh hưởng của nồng độ với tốc độ của m phản ứng hóa học.

Kè y ạ D

Xét phản ứng hóa học: + A+B→C

/ m

co V = k [A]m [B]n Ta có, tốc độ phản .ứng:

e l K: hằng số vậnog tốc, hằng số tốc độ phản ứng o G ứng theo A m: bậc phản n: bậc phản ứng theo B m +n: bậc của phản ứng Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm bậc Khác biệt giữa hệ số tỷ lượng của phản ứng và n phản ứng hơ

N y u - Hệ số tỷ lượng và bậc phản ứng là 2 khái niệm khác Q nhau. m è K y - Hệ số tỷ lượng (phân tử số) ạ của phản ứng là 1 thông số D phản ứng (số phân tử tham rút ra từ các giai đoạn của/+một m gia). o c .

- Bậc phản ứng glàlemột đại lượng rút ra từ thực nghiệm. o o - Tức là tốcGđộ phản ứng thực tế phụ thuộc vào nồng độ như thế nào, dạng hàm nào.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Ví dụ: n ơ Xét phản ứng phân hủy của H2N Oh2 y u 2H2O2 → 2H2O + QO2 m è Nếu xét theo hệ số tỷ lượng: K y ạ D Bậc của phản ứng phân hủy này là bậc 2 + / m ứng H O o đối với chất phản 2 2. c . e l g ứng là bậc 3 đối với sản Bậc của phản o o phẩm.G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Xét phản ứng phân hủy của H2O2 n ơ 2H2O2 → 2H2O + O2Nh y u Dựa vào cơ chế phản ứngQ xem phản m è ứng trên xảy ra 2 giaiKđoạn: y ạ Gđ1: H2O2 → H2+ OD + O-.(chậm). / m → H O + O (nhanh). o Gđ2: O- + H O 2 2 2 2 c . e l g ⇒ Bậc củaophản ứng là bậc 1 theo giai đoạn o chậm G (Gđ1)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Vậy, trong một số trường hợp phảnn ứng ơ h đơn giản (1 giai đoạn, đơn phân tử) bậc N uytỷ lượng. phản ứng cũng chính là hệ Qsố

m è K

y ạ Bậc phản ứng có + thể thay đổi tuỳ theo D / m còn hệ số tỷ lượng điều kiện phảnoứng c . e (phân tử số) thì không thay đổi. l g o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm

Phương trình động học của phản ứng

n ơ ứng là Phương trình động học của phản h N y phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ u Q chất phản ứng. phản ứng vào nồng độ của m các è K y ạ D Sự phụ thuộc tốc độ+phản ứng vào nồng độ của / chất phản ứng đãmđược M.Guldberg 1836-1902 o c . nhà toán học,ehóa học và nhà hóa học P.Waage l 1833-1900oglà nhà hóa học, đều là người Nauy o tìm thấy G với tên gọi là định luật tác dụng khối lượng.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

The law of mass action (Cato Maximilian Guldberg and Peter n ơ Waage) h N y Định luật tác dụng khối u Q lượng: “Trong một hệ đồng èm K thể ở nhiệt độ không đổi, tốc y ạ D độ phản ứng tỷ lệ thuận với + / m chất tích số nồng độ ocác c . phản ứng với lesố mũ bằng g của chúng hệ số hợpoothức G trong phương trình phản ứng”

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm

A

n ơ h

B (sản phẩm)

d[A] N y = ku[A] Tốc độ phản ứng v = − dt mQ Khi [A] = 1 thì V = K

è K y

ạ D Hằng số tốc độ phản ứng + (k) là tốc độ riêng của phản / ứng. m o c ý nghĩa vật lý hằng số tốc độ k của Hằng số tốc độ k:e.Về l phản ứng hóaog học là tốc độ của phản ứng hóa học khi o nồng độ các G chất tham gia phản ứng bằng 1 đơn vị và bằng 1 mol/l.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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

n ơ h

N

Ở V = const phản ứng đồng thể bậc n có uyptr động học:

Q m

dC A dC A 1 n1 n2 è − = kCA 1 C A 2 .... ⇒ k =K− . n n y C A CA dt dt ạ +D với bậc phản ứng là/n = n1 + n2 + ...

1

1

i

2

2

m o Vì dCA < 0 nên -dC c A > 0. hằng số tốc độ k có thứ nguyên: . e l 1 – n x (thời gian) –1 k = (nồng độ) g o o = (nồng Gđộ) –(n – 1)x (thời gian)–1 Thời gian tính bằng giây, phút, giờ ….

Nồng độ tính bằng mol/l Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm

Về tổng quát, thứ nguyên của K:

(nồng độ) –(n – 1) x (thời gian)h–1 ơn

N y u

Q m

Phản ứng bậc 0, thứ nguyên của è k là:

K y ạ

thời gian –1xDnồng độ

+ / m

Phản ứng bậc 1, thứ o nguyên của k là

c . le

–1 thời gian g

o o Phản ứngGbậc 2, thứ nguyên của k là thời gian – 1x nồng độ – 1 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Một số khái niệm

Chu kỳ bán hủy nồng Trong động hóa học: T1/2 là thời gian mà n ơ h độ chất phản ứng giảm đi một nửa.N y u Trong dược động học: T1/2 là Q thời gian bán hủy mhọc, nửa đời (chu kỳ bán hủy, nửa đời sinh è K y trong huyết tương, nửaạđời): là TG để hàm D + lượng thuốc còn một nửa trong huyết tương so / m hấp thu vào trong máu. với tổng lượng cthuốc o . e l thuốc Hạn dùng của g o o Là thờiGgian để hàm lượng thuốc còn lại 90% so với hàm lượng thuốc ghi trên nhãn.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Phương pháp khảo sát động học phản ứng 1. Biết cách thiết lập phương trình động học: PTr động ncủa nồng học là biểu thức trình bày quy luật thay đổi ơ h độ chất tham gia phản ứng theo thời gian N y u gồm: tốc độ Viết phương trình động học hợpQthức phản ứng theo định nghĩa vàèm định luật tác dụng khối K y lượng. ạ

D

Giải phương trình vi/+phân cấp 1 đơn giản. mtrình động học liên hệ giữa nồng o Trình bày phương c . e l độ chất tham gia phản ứng và thời gian. g o đặc trưng của từng bậc phản ứng gồm: 2. Tính toánocác G hằng số tốc độ phản ứng k và T½

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG 1. Động học các phản ứng đơn giản (Hệ số tỷ n ơ lượng = bậc phản ứng) h

NB va chạm dẫn Những phản ứng một giai đoạn (nghĩa là A, y đến sản phẩm) = phản ứng cơ bản, Q ví u dụ:

H+ + OH− → H2O

y ạ D

m è K

+ / CH3−O−CH3 → CH4 + CO + H2 m o c . e H l CH3_CH2−COO−CH H O → CH3CH2OH + CH3COOH g 3 + 2 o o G +

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 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

KHẢO SÁT PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG n ơ Thiết lập phương trình động học: học : h N y sản phẩm Xét phản ứng A u Q m mà tốc độ phản Phản ứng bậc không là phản è ứng Kthay đổi nồng độ chất ứng không phụ thuộc vào sự y ạ D tham gia phản ứng. + 0 / d[A] Tốc độ phản ứng ovm = − = k[A ] = k c . dt e

l g o trình trên ⇒ k.dt = - d[A] Biến đổi phương o G

Lấy tích phân 2 vế

t

[A]

t =0

[ A ]0

k ∫ dt = − ∫ d[A]

Kết quả ta thu được: kt = [A]0 – [A] Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc không

n ơ không: Phương trình động học của phản ứng bậc h N y [A] = – kt + [A]0 u Q m è 1 Hằng số tốc độ phản ứng ky=K ([A] − [ A ]) ạ t D + / m o c .

Từ phương trìnhletrên hằng số tốc độ phản ứng bậc g định thông qua sự thay đổi [A] theo không được xác o o thời gian t.G 0

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc không

A

[A0]

g o o G

c . le

n ơ Đồ thị biểu diễn quyhluật thay Nthời gian đổi nồng độ theo y u Q m [A] = – kt + [A]0 è K y = Độ dốc = tg α ạ D + / om α

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc không

n ơ h

Hằng số tốc độ phản ứng:

1 k = ([A]0 − [A]) t

Q m

è K y

ạ D /+

N y u

Chu kỳ bán hủy: T1/2

m o .c

khi

e l [ A ]0 [A]0 g [Ao] o= ⇒ k.T1/ 2 = [A]0 − 2 2 G [ A ]0 ⇒ T1/ 2 = 2.k Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc không

[A]0 T1/ 2 = 2.k

n ơ h

N y u

è K y

Q m

ạứng bậc không phụ thuộc •Chu kỳ bán hủy T1/2 của phản D + / vào nồng độ ban đầu của m chất phản ứng. o c e.

•Phản ứng bậc không l thường gặp khi nghiên cứu sự phân g hủy thuốc trong oo hỗn dịch và nhũ tương.

G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc một Xét phản ứng

n ơ h

Nd[A] y u A sản phẩm V = − Q dt m è K y ạ D + / Theo định luật tác dụng khối lượng: V = k[A] m o c . − d[A] e l g V= = k[A] o o dt G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc một

n ơ Để xây dựng phương trình động học hphản ứng N y bậc một. − dQ [Au ] Ta phải giải phương trình m = k [ A ] è dt K y ạ D Bằng phép phân ly biến+số và tích phân hữu hạn khi t / có giá trị từ 0 → t tương ứng nồng độ chất A thay đổi từ m o c [A]0 → [A] .

[A] t e l d[A] g o = − ∫ kdt o ∫ G [A] [A] 0 0

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc một

d[A] = − ∫ kdt ∫ [A] [A] 0 [A]

n ơ h

t

0

N y u

Q m

è K yứng bậc 1: Phương trình động học của phản ạ D + / [A] 1 [A] m o ln = kt ⇒ k = ln c [A]le. t [A] g o o phản ứng bậc 1 Hằng số tốcGđộ 0

0

2,303 [A]0 k= log t [A] Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc một Nếu gọi:

n ơ h

N y a là nồng độ ban đầu của chất A. u Q mA. x là nồng độ đã phản ứng của è K y ạcủa A ⇒a – x là nồng độ còn lại D + / m nghiệm có thể tính hằng số tốc Bằng các số liệu thực o c . độ phản ứng nếu biết nồng độ chất [A] ở từng khoảng e l g sát thời gian t o khảo o G 2,303 a k= log t a−x Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Khảo sát phản ứng bậc một

n ơ 1 Phương trình động học phản ứng bậc h N y Từ công thức u Q m [A]0 2,303 è k = yK lg ạ t [ A] D + / m kt o ⇔ = lg[A] − lg[A] c . e l 2,303 g o o G k 0

⇔ lg[A] = −

2,303

t + lg[A]0

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Khảo sát phản ứng bậc một

n ơ Phương trình có dạng đường thẳng lg[A]=f(t) h N y u k mQ ⇔ lg[A] = − Kè t + lg[A]0 lg[A] 2y,303 ạ D + lg[A] / m k C o c tgα = − . e 2,303 l g o o G 0

α

O

t

B

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GiẢN

Khảo sát phản ứng bậc một n Đặc điểm của phản ứng bậc 1 ơ h 2,303 [A]0 N k = y log Hằng số tốc độ phản ứng u [A] Q t m è K

o c e.

gl

o o G

Chu kì bán hủy:

2,303ạy [A]0 t = /+D lg [A] mk

[A]0 t = T1/ 2 ⇔ [A] = 2

2,303. lg 2 T1/ 2 = k

Hay

0,693 T1/ 2 = k

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc một n ơ h

Thời gian thuốc còn lại 90% hoạt chất N y u 9 Q [ A ] = ⇔ = [ A ] t T 0 9 / 10 Khi thay vào phương m 10 è 2,303 yK[A]0 ạ k= trình Dlog

t+ / m

[A] 2,303 co [A]0 2,303 10 0,105 . ⇒k= lg = = lg e l 9 T T 9 T g 9 / 10 9 / 10 9 / 10 [ A ] o 0 o 10 G

⇒ T9 /10

0,105 = k

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ Phản ứng tương tác của 2 phân tử cùng loại h N y Xét phản ứng TQ dạng u Q 2A sản èphẩm m K y Phương trình động họcạcó dạng D + − d[mA/ ] = k[A] o c . dt e l g ly biến số và lấy tích phân hữu hạn khi t Bằng phép phân o o có giá trị từ G 0 → t tương ứng nồng độ chất A thay đổi từ 2

[A]0 → [A]

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ h d[A] 1 1 N y − ∫ = ∫ kdt ⇔ kt = − u [A] [AQ ] [A] m è K ʃx dx=x /a+1 y ạ D + / Phương trình động học của phản ứng bậc 2 m o c 1 1 . e l = kt + g o [ A] [A]0 o G 1 1 1  [A]

t

2

[A]0

a

0

0

a+1

Hằng số tốc độ phản ứng bậc 2

 − k =  t  [A] [A]0 

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ h

Chu kỳ bán hủy N y [ A ] 1 2 Khi u t = T ⇔ [A] = ⇔Q = 0

1/ 2

2

[A] m è

K y ạ1 

[A]0

1 2 D  ⇒ T1/ 2 =  + − k m [A/ ]0 [A]0 

o c e.

l g o o G ⇒ T1/ 2 =

1 k.[A]0

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ h

Phản ứng của 2 phân tử khác loại N y Xét phản ứng TQ dạng u Q A + B sản m phẩm C è K y Theo khái niệm về tốc độ ạphản ứng

D + / d[A] d[B] d[C] m v=− o =− = c dt dt dt . e l g o o G

Theo định luật tác dụng khối lượng

v = k[A].[B]

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ Phương trình tốc độ phản ứng bậc 2 hcó thể viết N − d[A] y = k[A].[B] hay − d[B]Q =uk[A].[B] dt dtm è K y ứng khi 2 chất khác nhau. Đây là biểu thức tính tốc độ phản ạ D + Gọi x là nồng độ chất A đã/ phản ứng ở thời điểm t, nồng độ m o A và B tại thời điểm.tclà: e l g= [A]0 – x [A] o 2 chất A và B có cùng hệ số tỷ o lượng G [B] = [B]0 – x

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 Thay vào phương trình tốc độ

n ơ h

N y u

d ([A]0 − x ) Qx ).([B]0 − x ) = k ([Am − ]0 − dt Kè

y ạ d( x ) +D ⇔ m/= k ([A] − x ).([B] − x ) o dt c . e l g o Trường hợpo nồng độ ban đầu A và B bằng nhau: [A]0 = G 0

0

[B]0 phương trình động học và các thông số đặc trưng giống trường hợp phản ứng của 2 phân tử cùng loại Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ Trường hợp nồng độ ban đầu A vàhB khác N nhau y u Q m è d ( x ) K y ⇔ k.dt = ạ D ([ A]0 − x ).([B]0 − x ) + / m o c . e l g ly biến số và lấy tích phân hữu hạn khi t Bằng phép phân o o có giá trị từ G 0 → t tương ứng nồng độ x thay đổi từ x = 0 →x

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n d( x ) ơ h ⇔ k.∫ dt = ∫ N y 0 0 ([ A ] − x ).([ B] − x ) 0 0 u t

x

Q Xét số hạng m è 1 IK j = − y ([A]0 − x ).([B]0 − x ) ([Bạ]0 − x ) ([A]0 − x ) D + /

m o .c

1 I.([A ]0 − x ) − J.([B]0 − x ) (J − I).x + ( I.[ A]0 − J[ B]0 ) ⇔ = = ([A]0 − x ).([B]0 − x ) ([A]0 − x ).([B]0 − x ) ([A]0 − x ).([B]0 − x )

e l g

Ta có

o o GJ − I = 0

I = J   ⇔ 1   I.[A]0 − J[B]0 = 1 I = J = [A] − [B]  0 0 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ h

Vậy

N 1   1 1 1 uy  Q  = − ([A]0 − x ).([B]0 − x ) [A]0 − [B]0  ([m B]0 − x ) ([A]0 − x ) 

Thay vào phương trình

è K y

ạ D /+

m1   1 1 o   ⇔ k.∫ dt = .c − ∫ e [A] − [B]  ([B] − x ) ([A] − x )  l g o o G t

0

x

0

0

0

0

0

1 (ln[B]0 − ln([B]0 − x ) + ln([A]0 − x ) − ln[A]0 ) k.t = [A]0 − [B]0

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ [B]0y([NAh ]0 − x ) 1 ln u ⇒k= Q]0 ([B]0 − x ) t.([A]0 − [B]0 ) m [A è K y ạ Đặt [A]0 = a và [B]0 = b; D + / Phương trình hằng số tốc độ phản ứng có dạng m o c . e l 2,303 b(a − x ) g ok = o lg G t (a − b) a ( b − x )

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN

Khảo sát phản ứng bậc 2 n ơ Thứ nguyên của hằng số tốc độ hphản ứng N y bậc 2 có dạng: nghịch đảo của tích số đơn u Q vị thời gian và nồng độ. èm K y Ví dụ: nếu đơn vị nồng độ là mol/l và đơn ạ D + / vị thời gian là giây thì k sẽ có đơn vị là: m o -1x mol-1x l c Giây . e l g o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Các phương pháp xác định hằng số K

n ơ Xác định hằng số tốc độ phản ứng h N y u Phương pháp thế Q m è Phương pháp đồ thị K y ạ Phương pháp dựa+D vào chu kỳ bán hủy / m o c . e l g o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Các phương pháp xác định hằng số K

n phương Xác định hằng số tốc độ phản ứng bằng ơ h N pháp thế. y u Q -Tiến hành phản ứng với nồng độ chất A ban đầu đã m è biết, sau từng khoảng thời gianKt thích hợp ( ví dụ bậc y ạ 1: 15, 30, 45, 60).

D + / -Thu được số liệu tương ứng [A] và thời gian t vào m công thức tính k. .co e l g đó là giá trị cần tìm.

-Tính K trungobình o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Bảng tóm tắt các loại phản ứng

n ơ h

Q m

è K y

ạ D /+

N y u

m o .c

e l g

o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

PHẢN Ứng BẬC 2 CỦA 2 PHÂN TỬ KHÁC LOẠI, CÓ NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU KHÁC NHAU

n [B0] [A] ơ lg = k.t ([Ah0] – [B0])/2,303 [A0] [B] yN

Phương trình động học Hằng số tốc độ phản ứng

u Q

2,m 303 b(a − x ) k = Kè lg ạy t (a − b) a (b − x )

D + /

m vào pt (*) tính ra T1/2 Chu kỳ bán hủy: thay o x=a/2 g o o G

c . le

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

(*)

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GiẢN Các phương pháp xác định hằng số K

n ơ Xác định hằng số tốc độ phản ứng bằng h N y u phương pháp đồ thị Q m è - Biến đổi phương trình độngKhọc thành dạng y ạ D đường thẳng. + / m o -Vẽ đường thẳng.cbiểu diễn sự phụ thuộc của hàm e l nồng độ theoogthời gian (bậc 0 là: [A] = f(t); bậc 1: o 1 G lg[A] = f(t) và bậc 2:

[A]

= f (t )

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GiẢN Xác định hằng số K bằng PP đồ thị [A]0

n ơ ĐỒ THỊ PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG h N – kt + [A] y [A] = 0 u Q m è K y ạ D + / m α o c .

B e

C

l g o o G O

OC tgα = −k = − OB

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GiẢN Xác định hằng số K bằng PP đồ thị

n ơ ĐỒ THỊ PHẢN ỨNG BẬC h 1 N y k lg[A] ⇔ lg[A] =Q −u t + lg[A] 2,303 C m è OC K y k = − x 2,303 ạ D OB + / m α o t c .

O gle B o o k OC Dễ dàng suy ra G lg[A]

0

0

tgα = −

2,303

=−

OB

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GiẢN các phương pháp xác định hằng số K

n ơ h

ĐỒ THỊ PHẢN ỨNG BẬC 2

ạ D /+

B

C

m o .c

O e l g

o o G

Q m

è K y

C

N y u

B

OC tgα = k = OB Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

O

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Các phương pháp xác định hằng số K

n pháp Xác định hằng số tốc độ phản ứng bằng phương ơ h dựa trên chu kỳ bán hủy N [A]0

y u Vẽ đồ thị sự phụ thuộc [A] theoQt: tại thời điểm [A] = m [A]0/2 ⇒ T1/2. è K y ạ được k theo các công thức Dựa vào giá trị T1/2 tính D [A +] Bậc không : k =m/ o 2.T c .

0 , 693 e l Bậc 1: k = g o T o G 1 = 0

1/ 2

[A]0 2

1/ 2

Bậc 2:

T`1/2

t

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

k

T1/ 2 .[ A ]0

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Các phương pháp xác định bậc phản ứng

n ơ • Phương pháp thử sai (phương pháp thế) h N y u •Bằng thực nghiệm khảo sát vận tốcmphản Q ứng: thu được èchất khảo sát theo kết quả sự biến đổi hàm lượng của K y ạ thời gian.

D + / • Thay các số liệu thucođược m vào phương trình động học . 2 …Nếu các giá trị hàm lượng và bậc không, bậc 1,lebậc gthích với phương trình có bậc nào thì bậc o thời gian tương o ấy chính làGcủa phản ứng thực nghiệm trên

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN các phương pháp xác định bậc phản ứng

n ơ Phương pháp dựa vào chu kỳ bán hủy h N y để nồng độ ban Đo một vài khoảng thời gian cần thiết u Q đầu còn ½, ¼, 1/8, …. m è Kứng với thời gian thế Lấy bộ giá trị nồng độ tương y ạ D vào biểu thức tính T1/2+của các bậc phản ứng khác / nhau nếu biểu thứcmnào phù hợp thì đó là bậc của o c . phản ứng cần etìm. l g o T½ là hằng số thì phản ứng bậc 1.

Dự đoán:onếu G nếu tích T½ và [A]0 là hằng số thì là bậc 2.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG PHỨC TẠP

Phản ứng thuận nghịch n ơ h N Phản ứng song song y u Q Phản ứng nốI tiếp èm

D + /

K y ạ

m Phản ứng phức tạp o c . e l phản ứng thành phần diễn ra g Gồm nhiều o o đồng thời.

G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độhphản ơn ứng

N y u

Q QUY TẮC VAN’T HOFF m è Ở khoảng nhiệt độ gần nhiệt độ phòng (không cao), K y 0C thì tốc độ ạ nếu tăng nhiệt độ phản ứng thêm 10 D + phản ứng tăng từ 2 đến/ 4 lần. m o .c

0C thì tốc độ phản ứng tăng Khi tăng nhiệt độ lên n x 10 e l g n γ lần o

k TG+10o = γ = 2−4 kT

lần

Ký hiệu gama (γ , là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng).

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

n ơ h

Quy tắc Arrhenius N y u lượng hơn Một quy luật có tính định Q được đưa ra bằng phương èm trình

K y ạ

k = A/+xDe -Ea/RT

m o .c

e l g

o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

n ơ Để tiện cho tính toán phương trình chuyển h N sang logarit thập phân y u Q Ea 1 lg k = − . + lg[Aè]m 2,303 T K y ạ của nhiệt độ là hàm số Sự phụ thuộc lgk vào nghịch đảo D + có hệ số góc là: bậc nhất, đồ thị là đường /thẳng m o c Ea . e tgα = − l g 2,303.R o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

n ơ h

ạ D

è K y

e l og

+ / m o .c

N y u

Q m

o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

n ơ với Gọi T1 là nhiệt độ khảo sát ở điều kiện ứng h N hằng số tốc độ k1. y u Q T2 là nhiệt độ khảo sát ở điều kiện ứng với m è hằng số tốc độ k2.. yK ạ D Hiệu giữa lgk1 và lgk2 /là + biểu thức m o  .kc2  Ea  1 1  e lg =− −  l    g 2,303.R  T2 T1  o  k1  o G k2  E a (T2 − T1 ) ⇔ lg   =  k1  2,303.R.T1.T2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA THUỐC

n ơ XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA THUỐC h N y Một trong những ứng dụng củau động học là Q thuốc. nghiên cứu độ ổn địnhmcủa è K - Việc nghiên cứu độ ổnạđịnh y có thể xác định D tuổi thọ của thuốc trong điều kiện bảo quản. + / m tương đối của sản phẩm khi - Xác định độ bền o c . e gặp điều kiệnglkhắc nghiệt. o o bậc phản ứng phân hủy là bậc - Thông thường G một

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA THUỐC

n ơ h

Phương pháp thử dài hạn N y Xác định trong điều kiện thường.u Q Điều kiện thử gắn liền với điều m kiện thực tế lưu è K hành thuốc. y ạ D Nước ta theo quy định + là khí hậu vùng IV điều / m ± 2 oC và độ ẩm tương đối kiện bảo quản là 30 o c . là 75 ± 5%.gle o o Thời điểm G kiểm tra thông thường ở năm đầu tiên là mỗi 3 tháng, năm thứ 2 mỗi 6 tháng, từ năm thứ 3 là 12 tháng.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA THUỐC n ơ Phương pháp thử cấp tốc. h N y Để hạn chế thời gian thực hiện nhất là trong giai u Q đoạn nghiên cứu. m è K 2 oC (Có thể lên đến Điều kiện cấp tốc là 35-40 ± y ạ o D 50 C) và độ ẩm tương + đối là 75 ± 5%. / ởm đk thường từ điều kiện cấp tốc.

Uớc tính tuổi thọco . e ứng phân hủy thuốc ở 2-5 nhiệt độ (từ 40-50 C) Khảo sát phản l gsố tốc độ phản ứng o Tính hằng o TínhG năng lượng hoạt hóa o

Suy ra K ở nhiệt độ bảo quản thuốc Suy ra thời gian T90

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TỔNG KÊT BÀI ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG

1. Các khái niệm cơ bản: PTr động học của phản ứng, bậc phản ứng, hệ số tỷ lượng, T1/2; K; T90

n ơ 2. Thiết lập phương trình động học của Pứ: h N y - Bậc không u Q - Bậc một m è - Bậc hai K y ạbậc của phản ứng: 3. Phương pháp xác định D + / - Phương pháp thử sai (pp thế) m o c - Phương pháp dựa vào chu kỳ bán hủy . e l g o 4. Phương pháp xác định hằng số tốc độ Pứ: o Gpháp thế.

- Phương - Phương pháp đồ thị - Phương pháp dựa vào chu kỳ bán hủy Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng - Quy tắc Van’t Hoff - Quy tắc Arrhenius

n ơ h

N y u

6. Phương pháp xác định tuổi thọ Q của thuốc: - Phương pháp thử dài hạn èm K y - Phương pháp thử cấp tốc ạ

D + /

m o .c

e l g

o o G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn