Giới thiệu
– 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.
– Tốc độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều
yếu tố như là: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung môi,
chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu
ứng muối...


– Ý nghĩa: 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.


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.


Lịch sử phát triển
– Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên
cơ sở nghiên cứu các phản ứng hữu cơ trong pha
lỏng.
• Wilamson, Wilhelmi (1812 - 1864) và Guldberg
(1836 - 1902) và Waage (1833 - 1900) - tác giả của
định luật tác dụng khối lượng, là những người đặt
nền tảng.
• Van't Hoff và Arrhenuis (1880) – đúc kết ra các
phương trình 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.


Xúc tác:
• Khái niệm về xúc tác được Berzlius đưa ra năm 1835.
Ostwald đã đưa ra định nghĩa chất xúc tác.
• Năm 1905 Silov đưa ra lý thuyết về phản ứng liên hợp.
Phản ứng quang hóa được nghiên cứu trong các công
trình của Bdenstein (1871 - 1942), Einstein (1879 1955), Nernst. Phản ứng dây chuyền được Semenov
(1896) và Hinshelwood (1879 - 1967) nghiên cứu từ
khoảng năm 1926 rồi sau đó đúc kết thành lý thuyết
phản ứng dây chuyền.
• Trong những năm 1930, trên cơ sở các công trình

nghiên cứu của Eyring, Evans và Polani đã hình thành
lý thuyết tốc độ tuyệt đối của phản ứng hóa học.


Mục tiêu nghiên cứu về Động hoá học
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: H2(k) + 1/2O2(k)  H2O, ΔG0298K =-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 300oC thì phản ứng xảy
ra rất nhanh.


Một ví dụ khác:
o
Cdiamond  O2( khí )  CO2( khí ) Grxn
 397 kJ.mol -1

Phản ứng này xảy ra rất rất chậm.
Ngược lại, có các phản ứng xảy ra rất nhanh:
phản ứng đốt cháy metan hay đốt cháy isooctan
trong xăng.

CH 4( khí )  2O2( khí )  CO2( khí )  2 H 2O( khí )
C8 H18( khí )  25O2( khí )  16CO2( khí )  18H 2O( khí )



Một số khái niệm
 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.

Cách biểu diễn:


Xét trường hợp đơn giản:
A



B

t1

[A]1

[B]1

t2

[A]2


[B]2

t  t2  t1  0?

nA  nA2  nA1  0?  v   nA   nB
nB  nB2  nB1  0?

V t

Vận tốc tức thời ≠ Vận tốc trung bình ???

V t


– Trong động hóa học, người ta sử dụng vận tốc
tức thời chứ không sử dụng vận tốc trung bình.

ni
Ci
vtb  

, i  A, B
V .t
t
• Khi ∆t0 thì

Ci
dCi



t
dt

Ci
dCi


hay lim
t 0
t
dt

– Lúc này ta có: vận tốc của phản ứng, vận tốc tức
thời vtt , được tính theo biểu thức:

dCi
vtt  
dt

hay

dCA
dCB
vtt  

dt
dt


• a: là nồng độ đầu của A

• b: là nồng độ của B
[]

a
tgα

b

vtt  

dCi
dt

t

Tốc độ tại mỗi thời điểm chính là hệ số góc của tiếp tuyến với
đường biểu diễn tại thời điểm đó.



– Một cách tổng quát:

aA  bB  cC  dD
1 dCA
1 dCB
1 dCC
1 dCD
 vtt   .
 .
 .

 .
a dt
b dt
c dt
d dt
Định luật tác dụng khối lượng:
Năm 1864 C.Guldberg – P. Waage đưa ra định luật gọi là định
luật tác dụng khối lượng. Theo định luật 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 .
a
b

v  k[ A] .[B]


• 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.
• 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.
• 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.


– 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 + I
HI
2

2

H H

+

I

2

I

[ H H]
I

I

2HI



– Chất trung gian (CTG):
OH 

(CH3 )3 CCl  H 2O 
(CH3 )3 COH  HCl
Thực tế, phản ứng phải trải qua các giai đoạn:

(CH 3 )3 CCl  [(CH 3 )3 C   ...Cl   ]  (CH 3 )3 C   Cl 
1

2

3

(CH 3 )3 C   OH   [ OH ... C (CH 3 )3 ]  (CH 3 )3 COH
4

4

2
3

1

∆H<0
5

5


Chất trung gian là chất có trong thực tế
và có thể cô lập được nếu bền.


– Phân tử số: là số phân tử có thể tham gia trong một
phản ứng sơ cấp ( phản ứng 1 giai đoạn).
ví dụ:

I 2  2I

Pts =1

I 2  H 2  2 HI

Pts = 2

2 NO  H 2  N 2O  H 2O

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.


– Bậc phản ứng:
xét phản ứng: aA  bB  cC  dD
(a, b,c, d:là hệ số tỉ lượng)
m
n

l
Nếu thực nghiệm cho: v  k.[A] [B] [L]
Với:

thì:

v: vận tốc của phản ứng.
[ ]: nồng độ mol
k: hằng số

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 ?


- Phương trình tỷ lượng (phương trình hợp thức)
- Phương trình tốc độ (phương trình động học).
 Ta có hai loại phương trình:
- 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.
- Còn phương trình động học có thể phản ánh cơ chế phản ứng
một cách chung nhất. Các hệ số tỷ lượng trong phương trình
được đưa vào lúc cân bằng phương trình, trái lại các số lũy thừa

(số mũ) của nồng độ trong phương trình động học được xác định
bằng thực nghiệm, nghĩa là phương trình động học được xác lập
bằng thực nghiệm, sau khi đã biết rõ cơ chế phản ứng.



XÁC ĐỊNH BIỂU THỨC VẬN TỐC CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HÓA HỌC:


Thông qua cơ chế của phản ứng.
 Có hai phương pháp để viết được phương trình
động học từ cơ chế của phản ứng:
 Phương pháp nồng độ ổn định
 Phương pháp cân bằng


– Phương pháp cân bằng:
• Xem giai đoạn đầu là gồm các phản ứng
cân bằng
• Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn chậm
• Giai đoạn tiếp theo là các giai đoạn nhanh
Lúc này vận tốc của phản ứng = vận tốc của
giai đoạn chậm => loại trừ nồng độ của hợp
chất trung gian ta tìm ra được vận tốc của
cả quá trình.


– Phương pháp nồng độ ổn định (không biết giai
đoạn nào là giai đoạn chậm):
• Các phản ứng qua nhiều giai đoạn thì sẽ
qua hợp chất trung gian. Xem nồng độ chất
trung gian không thay đổi và rất nhỏ.
Lúc này vận tốc của phản ứng = vận tốc của
phản ứng tạo ra sản phẩm => loại trừ nồng

độ của hợp chất trung gian ta tìm ra được vận
tốc của cả quá trình.


• Xét phản ứng

A  B  K 
K  D
K :xúctác

Có cơ chế như sau:
k1
*


A  K  AK
k2

B  AK 
 ABK
*

k3

*

k4
ABK * 
K  D


 Xác

định biểu thức vận tốc phản ứng?


• Xét phản ứng:

2 N2O5 
 4 NO2  O2
k1

 Có

cơ chế như sau:


 NO2  NO3
N 2O5 

k2
k3

NO2  NO3  NO  O2  NO2
k4

NO  N 2O5 
 NO2  NO2  NO2
k5

Thiết lập phương trình động học của phản ứng trên ?



Phương trình động học của một số phản ứng cơ bản
– PTĐH ở dạng tích phân của phản ứng 1 chiều bậc 1.

A
t1 = 0
t


k

B , v  k[ A]

a

0

a-x

x

d [ A]
d [ B]


 k[ A]
dt
dt
d (a  x)

dx

   k (a  x)
dt
dt
dx

  kdt   ln(a  x)  kt  C
(a  x)