Chương 3 : ĐỘNG HÓA HỌC
Thí dụ như phản ứng thủy phân clorua ter Butyl :
(CH3)3CCl + H2O OH (CH3)3C-OH + HCl. Phản ứng này không phải là bậc hai như thoạt nhìn, vì phản ứng trải qua 2 giai đoạn, giai đoạn đầu chậm, giai đoạn sau nhanh : Giai đoạn 1 : (CH3)3C-Cl châm (CH3)3C + + Cl
(nhanh) Giai đoạn 2 : (CH3)3C + + H2O OH (CH3)3C-OH + H+ Vậy, phản ứng thuỷ phân clorua ter Butyl phải có bậc 1 : v = k [(CH3)3CCl] Mỗi giai đoạn mà phản ứng “chuyển mình” là một giai đoạn cơ bản. Số các phần tử có mặt trong một tác động cơ bản gọi là phân tử số. Vậy phân tử số là số phần tử chất phản ứng có mặt đồng thời trong một tác động cơ bản. Khái niệm phân tử số được suy ra từ lý thuyết và chính nó chỉ ra một phản ứng phải trải qua như thế nào để đến được sản phẩm. Vì vậy đối với những phản ứng đơn giản, chỉ có một tác động cơ bản - thì phân tử số mới trùng với bậc phản ứng. (Để ý rằng phân tử số không thể nào là số thập phân được) Còn trong trường hợp tổng quát thì phân tử số với bậc phản ứng phải khác nhau. Người ta cũng cho rằng số phần tử va chạm đồng thời để gây ra một tác động cơ bản là không bao giờ quá 3. Khi : - Phân tử số bằng 1 : ta nói phản ứng này là phản ứng đơn phân tử. - Phân tử số bằng 2 : phản ứng được gọi là phản ứng lưỡng phân tử. - Phân tử số bằng 3 : phản ứng được gọi là phản ứng tam phân tử. Như vậy bậc phản ứng là đại lượng hình thức và được xác định bằng thực nghiệm mà không cho biết phản ứng đã diễn ra như thế nào. Còn chính phân tử số đã chỉ được diễn tiến của phản ứng - đó là một khái niệm về lý thuyết và thật ra để chỉ phản ứng này, phản ứng kia đi con đường này,.. con đường kia chỉ là giả thiết.
3.3.XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ VÀ BẬC PHẢN ỨNG : 3.3.1.Phương trình động học của một số phản ứng một chiều đơn giản : 3.3.1.1.Bậc 1 : Thuộc loại phản ứng này là các phản ứng phân hủy, phản ứng phóng xạ, phản ứng có 2 chất tham gia và trong đó có một chất có nồng độ rất lớn so với chất kia. Xét phản ứng : A Sản phẩm Các nồng độ ở thời điểm ban đầu : a 0 Các nồng độ ở thời điểm t : a-x x d ( a x) d A dx k A k ( a x) k ( a x ) dt dt dt dx Phân ly biến số rồi lấy tích phân 2 vế : kdt - ln (a - x) = kt + C a x
Vận tốc phản ứng tại thời điểm t : = -
a 1 a = kt (1) hay k = ln t ax ax -1 Đơn vị của k đối với bậc một là : (thời gian) Chu kỳ bán rã (bán huỷ) là thời gian cần thiết để phân huỷ ½ lượng chất ban đầu :
Khi t = 0 thì x = 0 C = - ln a. Vậy ln
vậy x =
a lúc ấy t = = 2
ln 2 = hằng số. k
Ta thấy chu kỳ bán huỷ của phản ứng bậc một không phụ thuộc vào nồng độ đầu của chất phản ứng Từ biểu thức (1) ta thấy để tính hằng số vận tốc k hay thời gian t không nhất thiết phải biết rõ nồng độ đầu và nồng độ tại thời điểm khảo sát mà chỉ cần biết tỷ số của nó, hoặc tỷ số của tỷ lệ của nó (như tỷ lệ áp suất, tỷ số nguyên tử (phân tử, ...) 3.3.1.2. Bậc 2 : Đó là các phản ứng kiểu : 2A sản phẩm, hoặc A + B sản phẩm Kết quả của biểu thức phụ thuộc vào 2 trường hợp : 37
HÓA ĐẠI CƯƠNG 2