Bài 19. Tốc độ phản ứng

a) Định nghĩa

Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.

b) Công thức

v = ΔC / Δt

Trong đó:

• v: Tốc độ phản ứng (mol/L.s hoặc M/s)
• ΔC: Độ biến thiên nồng độ (mol/L)
• Δt: Khoảng thời gian (s, phút, giờ)

c) Ý nghĩa

• Tốc độ phản ứng cho biết phản ứng xảy ra nhanh hay chậm
• v lớn → Phản ứng xảy ra nhanh
• v nhỏ → Phản ứng xảy ra chậm

d) Ví dụ

Phản ứng nhanh:

• Nổ (phản ứng tức thời)
• Trung hòa axit - bazơ (vài giây)
• Đốt cháy (vài phút)

Phản ứng chậm:

• Gỉ sắt (vài tháng, vài năm)
• Phong hóa đá (hàng trăm năm)
• Lên men rượu (vài ngày, vài tuần)

a) Nồng độ chất phản ứng

Quy luật: Tăng nồng độ chất phản ứng → Tốc độ phản ứng tăng

Giải thích:

• Nồng độ tăng → Số phân tử trong một đơn vị thể tích tăng
• Số va chạm giữa các phân tử tăng
• Xác suất phản ứng tăng → Tốc độ tăng

Ví dụ:

• Đốt than trong không khí (21% O₂) → Cháy chậm
• Đốt than trong oxi nguyên chất (100% O₂) → Cháy rất mạnh

b) Nhiệt độ

Quy luật: Tăng nhiệt độ → Tốc độ phản ứng tăng

Quy tắc kinh nghiệm: Tăng nhiệt độ 10°C → Tốc độ tăng 2-4 lần

Giải thích:

• Nhiệt độ tăng → Động năng phân tử tăng
• Phân tử chuyển động nhanh hơn
• Va chạm mạnh hơn, nhiều hơn → Tốc độ tăng

Ví dụ:

• Thức ăn để ngoài nhiệt độ phòng → Hỏng nhanh
• Thức ăn để trong tủ lạnh → Bảo quản lâu hơn

c) Diện tích bề mặt tiếp xúc

Quy luật: Tăng diện tích tiếp xúc → Tốc độ phản ứng tăng

Giải thích:

• Diện tích tăng → Nhiều phân tử tiếp xúc hơn
• Số va chạm tăng → Tốc độ tăng

Ví dụ:

• Than cục → Cháy chậm
• Than bột → Cháy rất nhanh (có thể nổ)
• Thuốc viên nguyên → Tan chậm
• Thuốc viên nghiền nhỏ → Tan nhanh

d) Chất xúc tác

Định nghĩa: Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị tiêu hao sau phản ứng.

Đặc điểm:

• Tham gia phản ứng nhưng được tái tạo
• Khối lượng và tính chất không đổi sau phản ứng
• Có tính chọn lọc (mỗi xúc tác cho một phản ứng nhất định)

Ví dụ:

• MnO₂ xúc tác phân hủy H₂O₂: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
• Fe xúc tác tổng hợp NH₃: N₂ + 3H₂ → 2NH₃
• Enzyme trong cơ thể (xúc tác sinh học)

Nội dung

Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải:

1. Va chạm với nhau

• Không va chạm → Không phản ứng

2. Va chạm có hiệu quả

• Năng lượng va chạm đủ lớn (≥ năng lượng hoạt hóa)
• Định hướng đúng

Năng lượng hoạt hóa (Ea)

Định nghĩa: Năng lượng tối thiểu cần thiết để phản ứng xảy ra.

• Ea lớn → Phản ứng khó xảy ra (chậm)
• Ea nhỏ → Phản ứng dễ xảy ra (nhanh)

Vai trò của chất xúc tác:

• Giảm năng lượng hoạt hóa (Ea)
• Tăng số va chạm có hiệu quả
• Tốc độ phản ứng tăng

a) Tăng tốc độ phản ứng

Trong công nghiệp:

• Tăng nhiệt độ, áp suất
• Sử dụng chất xúc tác
• Nghiền nhỏ nguyên liệu
• Khuấy trộn để tăng tiếp xúc

Ví dụ:

• Tổng hợp amoniac: Dùng Fe làm xúc tác, nhiệt độ cao, áp suất cao
• Luyện gang: Dùng quặng dạng bột, thổi không khí nóng

b) Giảm tốc độ phản ứng

Bảo quản thực phẩm:

• Làm lạnh (tủ lạnh, tủ đông)
• Sấy khô (giảm nước)
• Muối, đường (giảm nồng độ nước)
• Chất bảo quản (chống oxi hóa)

Chống gỉ kim loại:

• Sơn, mạ (cách ly với không khí, nước)
• Chất chống gỉ
• Bảo quản nơi khô ráo

c) Trong sinh học

• Enzyme: Xúc tác sinh học, tăng tốc độ phản ứng trong cơ thể
• Tiêu hóa: Enzyme phân giải thức ăn
• Hô hấp: Enzyme xúc tác oxi hóa glucose