Cơ chế phản ứng phản ứng dây chuyền

MÔN: HÓA ĐẠI CƯƠNG 2CƠ CHẾ PHẢN ỨNG PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀNGiáo viên giảng dạy: Quách Nguyễn Khánh NguyênNhóm thuyết trình: Trần Nhật Minh Nguyễn Thị Hằng Nguyễn Thái Châu Võ Thị Kim Nguyên Trần Thị Trang Phân tử số là số phân tử ( hay đúng hơn là số hạt ) tham gia vào một quá trình cơ bản. Dựa vào phân tử số của quá trình cơ bản người ta phân loại về mặt động học của phản ứng đơn giản ra thành: _Phản ứng đơn phân tử _Phản ứng lưỡng phân tử _Phản ứng tam phân tử Cơ chế phản ứngTa có một ví dụ sau: Phản ứng: 2N2O5 → 4NO2 + O2 gồm hai giai đoạn: N2O5 → N2O3 + O2 N2O3 + N2O5 → 4NO2Mỗi một giai đoạn này được gọi là quá trình cơ bản.Phản ứng hóa học trong đa số trường hợp là sự kế tiếp của nhiều quá trình cơ bản ; sản phẩm của quá trình cơ bản này là chất phản ứng của quá trình cơ bản khác tiếp theo sau. Phản ứng đơn phân tử là phản ứng trong đó quá trình cơ bản của nó là sự biến hóa của một phân tửVí dụ: Phản ứng phân hủy của I2 và của N2O I2 → 2I và N2O → N2 + OTốc độ của mỗi phản ứng này là: ( C là nồng độ chất phản ứng )Phản ứng lưỡng phân tử là phản ứng mà quá trình cơ bản của nó được thực hiện nhờ sự va chạm của hai phân tử (giống nhau hoặc khác nhau). Ví dụ 1: Phản ứng phân hủy của HI thành đơn chất 2HI → H2 + I2Tốc độ của phản ứng lưỡng phân tử này là: (C là nồng độ của HI)Ví dụ 2: Phản ứng giữa axit axetic và rượu etylic CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2OTốc độ phản ứng lưỡng phân tử này là:C1 là nồng độ của CH3COOHC2 là nồng độ của C2H5OH Phản ứng tam phân tử là phản ứng mà quá trình cơ bản của nó được thực hiện nhờ sự va chạm đồng thời của ba phân tử.Ví dụ: phản ứng 2NO + H2 → N2O + H2OTốc độ của phản ứng tam phân tử có dạng chung là:C1, C2 và C3 là nồng độ của 3 chất phản ứngTốc độ của phản ứng là:C1 là nồng độ của NOC2 là nồng độ của H2Cơ chế phản ứng là tập hợp những quá trình cơ bản xảy ra trong một phản ứng hóa học.Cơ chế phản ứng được xác định bằng thực nghiệm và muốn hiểu được cách xác định đó chúng ta phải xét 3 kiểu quá trình cơ bảnVa chạm đồng thời của phân tử các chất phản ứng là điều kiện cần để một tương tác hóa học xảy ra.Trong một lượng khổng lồ những phân tử luôn luôn ở trạng thái chuyển động hỗn loạn, xác xuất va chạm đồng thời của 3 phân tử là vô cùng bé cho nên phản ứng tam phân tử là rất hiếm .Là phản ứng phức tạp nhiều giai đoạn nối tiếp nhau sao cho trong hệ thoạt đầu (trong sự sinh mạch) được tạo ra những hạt trung gian hoat động (những trung tâm hoạt động) theo một cách nào đó.Gồm có:Phản ứng dây chuyền không phân nhánhPhản ứng dây chuyền phân nhánhPhản ứng dây chuyềnLà nguyên tử tự do, gốc tự do có hóa trị tự do chưa bão hòa, do đó có khả năng phản ứng cao. Chúng lôi cuốn được những phân tử có hóa trị bão hòa vào phản ứng và khi đó lại sinh ra những hạt hoạt động mới,Những quá trình tuần hoàn này cứ thế tiếp tục, làm phát triển mạch dây truyền cho đến khi mạch bị cắt do sự hủy diệt của hạt hoạt động.Bằng cách đó, chỉ một lượng nhỏ những hạt hoạt động được sinh ra đầu tiên có thể làm chuyển hóa một lượng lớn những chất đầu thành sản phẩm cuối của phản ứng.Phản ứng dây chuyền không phân nhánh gồm 3 giai đoạn:Khơi màoPhát triển mạch Đứt mạch Khơi mào tức hình thành gốc tự do nguyên thủy là giai đoạn khó khăn nhất của phản ứng dây chuyền.Sự khơi mào có thể thực hiện bằng sự phân li đồng cực phân tử thành 2 gốc tự do, lượng nhiệt Q cần thiết cho sự phân li thường vào khoảng 50 ÷ 100 kcal/molSự phân li phân tử phản ứng thường là khó khănVD: C2H6 → 2CH3 (Q = 83 kcal/mol)Khơi màoMột phương pháp khơi mào phổ biến là dùng phản ứng quang hóa.Lượng tử ánh sáng với bước sóng đủ ngắn có thể phân li phân tử thành gốc tự do.VD: Cl2 + hν → Cl + ClLà giai đoạn kéo dài mạch dây chuyền, trong đó nồng độ gốc tự do không thay đổi, hóa trị tự do bảo toàn. VD1: Pứ H2 + Cl2 → 2HCl Khơi mào: Cl2 + hν → Cl + Cl Phát triển mạch: 1) Cl + H2 → HCl + H 2) H + Cl2 → HCl + ClPhát triển mạchVD2: Pứ CH4 + O2 → CH2O + H2O Khơi mào ( tạo thành gốc CH3) CH4 + O2 → CH3 + H2O Phát triển mạch: CH3 + O2 → CH3OO CH3OO → CH2OOH CH2OOH → CH2O + OH OH + CH4 → CH3 + H2O Là phản ứng hủy diệt hóa trị tự do.Nếu tốc độ đứt mạch tỉ lệ bậc nhất với nồng độ gốc tự do R thì phản ứng gọi là đứt thẳng, kiểu mạch này có thể xảy ra trên thành bìnhVD: R + V → RV ( V: Hóa trị tự do trên thành bình) H + O2 + M → HO2 + M Trong đó tạo gốc HO2 không hoạt động.Đứt mạchNếu tốc độ đứt mạch tỉ lệ bậc 2 với nồng độ tự do thì phản ứng gọi là đứt mạch bậc 2.Nếu sự kéo dài mạch được thực hiện bằng một số gốc tự do, thông thường là 2, vd R1 và R2, thì sự đứt mạch có thể xảy ra bằng 3 kiểu tái kết hợp:2R1 → ( R1 )22R2 → ( R2 )2R1 + R2 → R1R2Gồm 4 giai đoạn:Khơi màoPhát triển mạchĐứt mạchPhân nhánhCác phản ứng oxi hóa và cháy của các khí dễ cháy như H2, CO, các hidrocacbon,v.v là những phản ứng dây truyền phân nhánh VD: Sự oxi hóa khí H2 bởi khí khí O2 trong pha khí: 2H2 + O2 → 2H2O1) Khơi mào H2 + O2 → OH. + OH.2) Phát triển mạch OH. + H2 → H2O + H.3) Phân nhánh mạch H. + O2 → OH. + O. O. + H2 → OH. + H. Bản chất _ Nếu tốc độ phản ứng hóa học trong những điều kiện nhất định tăng rất nhanh theo thời gian, đưa đến kết quả là phần lớn khối lượng vật chất phản ứng hết trong thời gian rất ngắn thì hiện tượng đó được gọi là sự bốc cháy hay sự nổ _ Nếu tốc độ phản ứng không ngừng được tăng lên do kết quả của sự tăng số lượng gốc tự do trong hệ ở nhiệt độ không đổi thì đó là sự nổSo sánh nổ dây chuyền và nổ nhiệtdây chuyền. _ Nếu tốc độ phản ứng phát nhiệt tăng lên do kết quả của của của sự tự đốt nóng của hệ khi điều kiện cân bằng nhiệt bị phá vỡ thì đó là sự nổ nhiệt→ Khác với nổ dây chuyền, nổ nhiệt chỉ có thể xảy ra đối với phản ứng phát nhiệt.Cơ chế có một sự tương tự nhất định giữa phản ứng nổ bom nguyên tử và bom nhiệt hạch. _ Sự nổ bom nguyên tử xảy ra theo cơ chế dây chuyền _ Sự nổ bom nhiệt hạch xảy ra do kết quả tổng hợp các hạt nhân nhẹ kem theo sự giải phóng nl lớnCảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe buổi thuyết trình