GIÁO TRÌNH HÓA LÝ 2

1.ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC
2.ĐiỆN HÓA HỌC
3. HÓA KEO
TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG PHONG
CHƯƠNG TRÌNH
CHƯƠNG 1. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ
CHƯƠNG 2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ
CHƯƠNG 3. XÚC TÁC
CHƯƠNG 4. DUNG DỊCH ĐiỆN LY
CHƯƠNG 5. ĐiỆN CỰC VÀ PIN
CHƯƠNG 6. ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐiỆN CỰC
CHƯƠNG 7. DUNG DỊCH KEO
CHƯƠNG 8. CÁC HỆ BÁN KEO VÀ PHÂN TÁN THÔ



TÀI LiỆU THAM KHẢO
Peter Atkins, Julio de Paule, PHYSICAL CHEMISTRY, Eighth edtion (2006), Oxford university press

Nguyễn Hữu Phú, HÓA LÝ VÀ HÓA KEO, 2006, Nhà xuất bản KHKT

3. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, HÓA LÝ, Tập 1&2, 2007, Nhà xuất bản Giáo dục



Chương 1. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ
1.1.MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN
1.2.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG ĐỒNG THỂ ĐƠN GiẢN MỘT CHIỀU
1.2.1.Phản ứng bậc 1
1.2.2.Phản ứng bậc 2
1.2.3.Phản ứng bậc 3
1.3.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
1.3.1.Phản ứng thuận nghịch
1.3.2.Phản ứng song song
1.3.3. Phản ứng nối tiếp
1.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
1.4.ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN Ứ NG HÓA HỌC
1. NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN
*PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ: Phản ứng hoá học bao gồm các chất tham gia ở cùng một pha
*PHẢN ỨNG DỊ THỂ: Khác pha
*TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG:
Khi một phản ứng xảy ra trong điều kiện thể tích và nhiệt độ không đổi, biến thiên nồng độ của bất kỳ chất nào tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian là TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG.

1.Định luật TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG
Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng luôn tỉ lệ thuận với tích số các nồng độ của các chất phản ứng ở bất kỳ thời điểm nào.
PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC
1. NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN
PHẢN ỨNG NGUYÊN TỐ: chuyển hoá hoá học cơ bản
PHÂN TỬ SỐ
Trong một phản ứng nguyên tố, số tiểu phân tương tác trực tiếp, đồng thời với nhau để tạo ra chuyển hoá hoá học gọi là PHÂN TỬ SỐ.


Phân tử số của phản ứng không thể bằng O hoặc bằng phân số
GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG:
Phản ứng nguyên tố có cùng bản chất như nhau được gọi là giai đoạn phản ứng.
Phản ứng một giai đoạn: A B
Phản ứng hai giai đoạn: A B C (nối tiếp)

A
B
C
(song song)
BẬC PHẢN ỨNG:
Là hệ số mũ của nồng độ trong phương trình động học của giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng chung.
A B +C D+E
Tốc độ phản ứng
Giai đoạn 1:
Giai đoạn 2:
Giai đoạn 1 chậm nhất (bậc 1)
Giai đoạn 2 chậm nhất (bậc 2)
(1)
(2)
1. NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 1:
Phản ứng chỉ có một tiểu phân ban đầu tham gia chuyển hoá trong một phản ứng nguyên tố.

A
B
C0
C0-x
t=0
t
x
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 1
CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

A
B
C0
C0/2
t=0
x
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 2:
A + B
Sản phẩm
a b
a-x b-x
t=0
t
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 2
CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

Chu kỳ bán huỷ của phản ứng bậc 2 phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất phản ứng
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 3 và BẬC n:
A + B + C
Sản phẩm
a b c
a-x b-x c-x
t=0
t
n chất ban đầu có nồng độ như nhau
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ ĐƠN GIẢN MỘT CHIỀU
PHẢN ỨNG BẬC 3 và BẬC n
CHU KỲ BÁN HUỶ (THỜI GIAN BÁN PHÂN HUỶ)

Bậc 3
Bậc n
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
Nếu trong hệ có nhiều phản ứng xảy ra đồng thời, thì mỗi một phản ứng đều độc lập với nhau và tốc độ của nó vẫn tỉ lệ trực tiếp với nồng độ các chất tham gia phản ứng
PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH
Ở trang thái cân bằng:

2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH BẬC 1

VỚI
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH BẬC 1

VỚI
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG SONG SONG BẬC 1

A
B
C
k1
k2
(1)
(2)
t=0 0
t x1
t=0 0
t x2
t=0 a
t a-x
Với x= x1+x2
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG SONG SONG BẬC 1

Nồng độ sản phẩm của phản ứng song song luôn tỉ lệ với hằng số tốc độ của các phản ứng song song hợp phần tương ứng.
Muốn nâng cao hiệu suất sản phẩm của một phản ứng nào đó, cần tạo điều kiện thuận lợi để tăng cường hằng số tốc độ phản ứng đó và đồng thời làm giảm tốc độ của phản ứng khác.
2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG NỐI TIẾP BẬC 1

2. ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ PHỨC TẠP
PHẢN ỨNG NỐI TIẾP BẬC 1

Tại điểm cực đại:
Đặt
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

4.1.PHƯƠNG PHÁP THẾ
Dựa vào các số liệu thực nghiệm, thay thế vào các số liệu đó vào các phương trình động học bậc 1 và bậc 2 để tính toán các giá trị hằng số tốc độ phản ứng.

Nếu hằng số tốc độ là như nhau theo pt động học bậc 1 BẬC 1
Nếu hằng số tốc độ là như nhau theo pt động học bậc 2 BẬC 2
Nếu hằng số tốc độ khác nhau BẬC 3
(Tìm phương pháp khác để xác định)
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

4.1.PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ
Nếu phản ứng bậc 1 thì ta có:
Vẽ đồ thị của lnC theo thời gian t.
Nếu các điểm thực nghiệm nằm trên một đường thẳng thì phản ứng là bậc 1.
Nếu phản ứng không phải là bậc 1, thì thử nghiệm theo phương trình động học phản ứng bậc 2, bậc 3,...
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

4.1.PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ
Chu kỳ bán huỷ không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu BẬC 1
Chu kỳ bán huỷ phụ thuộc vào nồng độ ban đầu BẬC n khác 1
Vẽ đồ thị theo lga. Giá trị n được xác định từ hệ số góc của đồ thị
5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

1.PHƯƠNG TRÌNH ARRHERIUS
Với K là hằng số cân bằng của pứ
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng
Phương trình ARRHERIUS
(biểu diễn sự hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ.
E:Năng lượng hoạt hoá
5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

CÁCH XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HOÁ
Vẽ đồ thị lnk theo 1/T, có dạng đường thẳng, hệ số góc là
Hằng số tốc độ phản ứng tỉ lệ nghịch với năng lượng hoạt hoá
Hằng số tốc độ phản ứng tăng theo hàm số mũ với nhiệt độ
5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

Ý NGHĨA CỦA NĂNG LƯỢNG HOẠT HOÁ
Là năng lượng dư tối thiểu cần thiết so với mức năng lượng trung bình để phân tử có thể thực hiện phản ứng hoá học.
6.CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

THUYẾT VA CHẠM HOẠT ĐỘNG
Không phải mọi va chạm đều có hiệu quả dẫn đến phản ứng mà chỉ có những va chạm của các hạt có định hướng không gian mới thực hiện phản ứng



Tuy nhiên, giả thuyết này không được thừa nhận vì:
*Theo Arrhenius, hằng số tốc độ chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm số mũ.
*Thực nghiệm cho quá nhỏ không có ý nghĩa vật lý

:Thừa số không gian hoặc xác xuất thuận lợi hình học
Động năng chuyển động của các phân tử tham gia phản ứng mới là yếu tố quyết định tính hiệu quả va chạm
:Xác suất để các phân tử tham gia phản ứng

THUYẾT PHỨC CHẤT HOẠT ĐỘNG
6.CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ
Trạng thái chuyển tiếp hay
phức chất hoạt động
A+B
C+D
Thời gian tồn tại của phức chất hoạt động

THUYẾT PHỨC CHẤT HOẠT ĐỘNG
6.CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ
Hằng số vận tốc tại trạng thái chuyển tiếp
Hằng số cân bằng tại trạng thái chuyển tiếp
Hằng số Boltzman

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
Quang hoá học là lĩnh vực nghiên cứu các phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng vùng nhìn thấy được và vùng tử ngoại

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
Quang hoá học là lĩnh vực nghiên cứu các phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng vùng nhìn thấy được và vùng tử ngoại

CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
1.Giai đoạn hấp thụ photon, các phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.
2.Giai đoạn quang hoá sơ cấp:các phân tử kích thích tham gia trực tiếp phản ứng
3. Giai đoạn quang hoá thứ cấp: các sản phẩm của gia đoạn sơ cấp tiếp tục tham gia phản ứng.
Phản ứng quang hoá có độ chọn lọc cao so với phản ứng nhiệt vì ánh sáng với bước sóng thích hợp có thể kích thích một phân tử hoặc một liên kết nhất định mà không ảnh hưởng đến các phân tử hay các liên kết khác

HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ
7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
Dưới tác dụng của ánh sáng, mỗi phản ứng tham gia phản ứng sơ cấp chỉ hấp thụ một lượng tử ánh sáng.
Số phản ứng tham gia giai đoạn sơ cấp bằng số photon bị hấp thụ. Vậy muốn chuyển một mol chất sang trạng thái hoạt động cần cung cấp một năng lượng là 6,02.1023photon
No:Số Avogadro
h: hắng số Planck
v:tần số ánh sáng
:bước sóng ánh sáng

HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ
7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ
Hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hoá là tỉ số phân tử phản ứng N và số photon hấp thụ No trong đơn vị thời gian
Trong đó:
I: năng lượng bức xạ bị hấp thụ
hv:năng lượng photon

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

1.Bề mặt kỵ nước của TiO2
3.Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử nước
2.Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm lộ nhóm –OH
4.Nước khuếch tán vào trong bề mặt vật liệu
7.PHẢN ỨNG QUANG HOÁ

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
Các giai đoạn của phản ứng dây chuyền
1.Giai đoạn khơi mào: là giai đoạn tạo ra các tiểu phân hoạt động
2.Giai đoạn phát triển mạch: các tiểu phân hoạt động tác dụng với các phân tử ban đầu để tạo ra sản phẩm phản ứng ổn định và một hoặc nhiều tiểu phân hoạt động mới.
Nếu trong một phản ứng nguyên tố, một tiểu phân hoạt động chỉ tạo ra một tiểu phân hoạt động mới thí chúng ta có phản ứng dây chuyền không phân nhánh, nếu sinh ra hai hay nhiều tiểu phân hoạt động mới thì có phản ứng dây chuyền phân nhánh.
3.Giai đoạn ngắt mạch:Độ dài của một phản ứng dây chuyền được tính bằng số giai đoạn nối tiếp nhau. Tuy nhiên, các tiểu phân bị mất hoạt tính và làm cho mạch không phát triển được nữa (hiện tượng ngắt mạch).

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
*Phản ứng dây chuyền không phân nhánh
*Phản ứng dây chuyền phân nhánh
Sơ đồ phản ứng dây chuyền phân nhánh
Nếu trong một phản ứng nguyên tố, một tiểu phân hoạt động chỉ tạo ra hai hay nhiều tiểu phân hoạt động mới gọi là phản ứng dây chuyền phân nhánh
Nếu trong một phản ứng nguyên tố, một tiểu phân hoạt động chỉ tạo ra một tiểu phân hoạt động mới gọi là phản ứng dây chuyền không phân nhánh
Tốc độ phản ứng tăng nhanh, có khi đột ngột khó khống chế

7.PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
Sự nổ dây chuyền và sự nổ nhiệt
Giới hạn nổ dưới
Giới hạn nổ trên
Nổ nhiệt xảy ra do nhiệt phản ứng toả ra ko kịp giải thoát, nhiệt độ tăng đột biến, tốc độ phản ứng tăng đột ngột mà gây nổ
Nổ dây chuyền là sự tăng vô cùng các tiếu phân hoạt động