Công nghệ Hóa học - Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng hóa học

Nội dung text: Công nghệ Hóa học - Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng hóa học

1. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC Giới thiệu lịch sử xúc tác Thời trung cổ, tổng hợp ete: Rượu + Acid Đầu TK 19, xuất hiện PP định lượng Quan tâm đến hiện tượng “ PƯ chỉ xảy ra khi có mặt 1 chất không tiêu hao, không biến đổi về mặt hoá học” + Kirchhoff, 1809, đường hoá tinh bột bằng H2SO4 + Thenard, 1818, Phân huỷ H2O2 dưới tác dụng MnO2, Ag, Pt + Davy, 1820, oxy hoá rượu Acid acetic trên bề mặt Pt Năm 1884, Ostwald, đưa ra định nghĩa chất xúc tác: Là chất làm thay đổi tốc độ phản ứng hoá học nhưng không biến đổi trong quá trình phản ứng
3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC I. Đại cương về chất xúc tác 1.1. Khái niệm và phân loại + Khái niệm: - Làm thay đổi tốc độ phản ứng - Không biến đổi về hoá học - Có ái lực với chất PƯ, tham gia các gđ trung gian + Hiện tượng tự xúc tác + Chất kích thích, ức chế và nhiễm độc xúc tác Không có tác dụng xúc tác, tác động lên chất xúc tác + Phân loại xúc tác - Trạng vật lý Xúc tác đồng thể Xúc tác dị thể - Tác dụng Xúc tác âm Xúc tác dương
4. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 1.2. Đặc điểm chất xúc tác Làm tăng tốc độ phản ứng, không tạo ra phản ứng Phản ứng xảy ra khi G0 < 0, F0 < 0 G0, F0: khả năng xảy ra của PƯ Chất XT không làm thay đổi giá trị G0 Làm tăng tốc độ đạt đến trạng thái cân bằng, không làm chuyển dịch cân bằng Tăng tốc độ chiều thuận lên bao nhiêu thì cũng tăng tốc độ theo chiều nghịch lên bấy nhiêu lần Giá trị KCB không thay đổi 0 RT.lnKCB = - G
5. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 1.2. Đặc điểm chất xúc tác Có tính chọn lọc cao Tham gia PƯ theo cơ chế chu kỳ, được phục hồi liên tục Không bị mất đi, không bị biến đổi về mặt hoá học
6. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC II. Xúc tác đồng thể 2.1. Đặc điểm Chất xúc tác và chất phản ứng cùng pha Toàn bộ hệ đồng nhất Xảy ra trong pha khí, dung dịch Điển hình: các phản ứng thuỷ phân
7. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể Thuyết Spitalsky (1928) Chất XT tương tác với chất PƯ tạo SP trung gian kém bền A +X AX* Tạo SP trung gian là phản ứng thuận nghịch KCB A +X AX* SP trung gian phân huỷ chậm, không thuận nghịch tạo sản phẩm cuối cùng, giải phóng chất XT k* AX* B +X
8. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể – Thuyết Spitalsky Tốc độ chung của PƯ tỷ lệ với nồng độ SP trung gian, không tỷ lệ với nồng độ chất phản ứng Vpư = k.[AX*] Nồng độ chất XT ở trạng thái tự do nằm cân bằng với nồng độ SP trung gian KCB = [AX*] / ([A].[X]) k* KCB A +X AX* B
9. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 2.2. Lý thuyết xúc tác đồng thể – Thuyết Spitalsky Khi không có chất xúc tác Khi có chất xúc tác X
10. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 2.3. Tác dụng hoạt hoá của chất xúc tác
11. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC III. Xúc tác acid – base Theo nghĩa hẹp Theo Bronsted Theo Lewis Xúc tác acid – base đặc hiệu: ion H+ và OH- xúc tác trực tiếp Xúc tác chung acid – base: Các acid và base mở rộng tham gia vào xúc tác
12. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu lg kobs = lgka – pH
13. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu lg kobs = lg(kb. KW ) + pH
14. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu dP (k k [H ] k [OH ]).[A] dt 0 a b lgk pH
15. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu dP (k k [H ] k [OH ]).[A] dt 0 a b lgk pH
16. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu dP (k k [H ] k [OH ]).[A] dt 0 a b lgk pH
17. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu dP (k k [H ] k [OH ]).[A] dt 0 a b lgk pH
18. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.1. Xúc tác acid - base đặc hiệu dP (k k [H ] k [OH ] ).[A] dt 0 a b lgk pH
19. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.2. Xúc tác acid – base mở rộng - Nhiều dạng thuốc được duy trì pH bằng hệ đệm - Các thành phần của hệ đệm có khả năng xúc tác cho phản ứng phân huỷ thuốc - Hac : Xúc tác acid mở rộng - AC - : XÚC TÁC BASE MỞ RỘNG k k0 ka[H ] kb[OH ] kHAc[HAc] kAc [Ac ] 1928, BRONDTED ĐƯA RA MỐI QUAN HỆ GIỮA KHẢ NĂNG XÚC TÁC VÀ HẰNG SỐ PHÂN LY K kHAc a.Ka a, b, ,  hằng số đặc trưng cho phản  ứng, với nhiệt độ và DM nhất định kAc b.Ka
20. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.2. Xúc tác acid – base mở rộng Thuỷ phân Aspirin lgk 2 4 6 8 10 12 14 pH
21. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.2. Xúc tác acid – base mở rộng lgk Thuỷ phân Mitomycin C -1 1 3 5 7 pH
22. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 3.2. Xúc tác acid – base mở rộng Thuỷ phân Hydrochlorothiazid lgk 2 4 6 8 10 12 14 pH