AP Chemistry

động học hóa họcchemical kinetics

chemical kineticsVietnamese: động học hóa học

Còn gọi:Also called: kinetics · động học phản ứng

Động học hóa học là ngành nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ đó.Chemical kinetics is the study of how fast chemical reactions occur and of the factors that control those rates.

Trực giác: Giống như đo tốc độ xe chạy trên đường — động học không hỏi xe đi từ đâu đến đâu, mà hỏi xe chạy nhanh bao nhiêu và đường xá, thời tiết ảnh hưởng thế nào đến tốc độ ấy.Intuition: Think of clocking a car on a highway. Kinetics doesn't ask where the car started or where it's headed — only how fast it's going and how the road and the weather affect that speed.

Công thức chínhKey formula

\text{Rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n

Định nghĩa đầy đủFull definition1 phút đọc1 min read

Động học hóa học khảo sát tốc độ phản ứng qua biến thiên nồng độ chất phản ứng hoặc sản phẩm theo thời gian. Định luật tốc độ liên hệ tốc độ với nồng độ; bậc phản ứng do thực nghiệm xác định, còn hằng số tốc độ ứng với nhiệt độ xác định.

Để phản ứng xảy ra, các tiểu phân phải vượt năng lượng hoạt hóa. Tăng nhiệt độ hoặc dùng chất xúc tác làm tăng tốc độ. Khác nhiệt động lực học, động học xét phản ứng nhanh hay chậm, không xét xu hướng tự diễn biến.

Chemical kinetics measures reaction rate as the change in the concentration of a reactant or product over time. A rate law links the rate to concentrations; the reaction order must be found experimentally, and the rate constant applies only at a specified temperature.

For a reaction to occur, particles must get over the activation energy barrier. Raising the temperature or adding a catalyst increases the rate. Unlike thermodynamics, kinetics asks whether a reaction is fast or slow, not whether it tends to happen on its own.

Ký hiệuNotation

• $v$ — tốc độ phản ứng
• $k$ — hằng số tốc độ
• $[\text{A}]$ — nồng độ chất A
• $m, n$ — bậc phản ứng

• $v$ — reaction rate
• $k$ — rate constant
• $[\text{A}]$ — concentration of substance A
• $m, n$ — reaction orders

Đơn vịUnitsTốc độ: mol/(L·s) hay M/s; Hằng số tốc độ

k

: phụ thuộc bậc phản ứng, ví dụ bậc nhất là s⁻¹, bậc hai là M⁻¹·s⁻¹Rate: mol/(L·s) or M/s; Rate constant

k

: depends on the overall reaction order, e.g., first order is s⁻¹, second order is M⁻¹·s⁻¹

Công thức chi tiếtFormula details2 công thức2 formulas

\text{Rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n

Dùng để liên hệ tốc độ tức thời với nồng độ các chất trong định luật tốc độ.Relates the instantaneous rate to the concentrations of the species in the rate law.

Trong đóWhere

\text{Rate}

Tốc độ phản ứng — M/sReaction rate — M/s

k

Hằng số tốc độ phản ứngRate constant

[\text{A}]

Nồng độ mol của chất phản ứng A — MMolar concentration of reactant A — M

[\text{B}]

Nồng độ mol của chất phản ứng B — MMolar concentration of reactant B — M

m

Bậc phản ứng đối với AReaction order with respect to A

n

Bậc phản ứng đối với BReaction order with respect to B

k = \htmlClass{fp-2}{A} e^{-\frac{\htmlClass{fp-1}{E_a}}{\htmlClass{fp-0}{RT}}}

k = \htmlClass{fp-2}{A} e^{-\frac{\htmlClass{fp-1}{E_a}}{\htmlClass{fp-0}{RT}}}

Dùng để tính hằng số tốc độ từ nhiệt độ và năng lượng hoạt hóa.Gives the rate constant from the temperature and the activation energy.

Trong đóWhere

k

Hằng số tốc độ phản ứngRate constant

A

Hệ số tần số (hệ số Arrhenius)Frequency factor (Arrhenius pre-exponential factor)

E_a

Năng lượng hoạt hóa — J/molActivation energy — J/mol

R

Hằng số khí lý tưởng — J/(mol·K)Ideal gas constant — J/(mol·K)

T

Nhiệt độ tuyệt đối — KAbsolute temperature — K

Hay hiểu saiCommon misconceptions3 ý · 1 phút đọc3 points · 1 min read

Không suy bậc phản ứng từ hệ số của phương trình tổng.

Bậc phản ứng phải được xác định bằng thực nghiệm, hoặc suy ra từ một bước sơ cấp đã cho trong cơ chế.

Phản ứng tự diễn biến chưa chắc xảy ra nhanh.

Nhiệt động lực học cho biết xu hướng xảy ra; động học cho biết tốc độ. Vì vậy, dấu của $\Delta H$ hay $\Delta G$ không giải thích tốc độ.

Chất xúc tác không làm thay đổi $\Delta H$ hay hằng số cân bằng.

Nó tạo con đường có năng lượng hoạt hóa thấp hơn cho cả hai chiều, làm tăng tốc độ nhưng giữ nguyên mức năng lượng đầu–cuối và $K$ .

Reaction order cannot be read off the coefficients of the overall equation.

Order must be determined experimentally, or deduced from an elementary step given in a mechanism.

A spontaneous reaction is not necessarily a fast one.

Thermodynamics tells you whether a reaction tends to occur; kinetics tells you how fast. The sign of $\Delta H$ or $\Delta G$ therefore says nothing about rate.

A catalyst changes neither $\Delta H$ nor the equilibrium constant.

It opens a pathway with a lower activation energy in both directions, speeding the reaction up while leaving the initial and final energies and $K$ unchanged.

Mẹo phòng thiExam tips2 mẹo2 tips

Tìm bậc phản ứng bằng hai thí nghiệm chỉ khác nồng độ một chất.

Lập tỉ số tốc độ và nồng độ; tốc độ không đổi, gấp đôi hoặc gấp bốn tương ứng với bậc không, một hoặc hai.

Nhận bậc phản ứng bằng đồ thị tuyến tính phù hợp.

Đồ thị $[A]$ , $\ln[A]$ hoặc $1/[A]$ theo $t$ tuyến tính lần lượt chỉ bậc không, một hoặc hai; độ dốc lần lượt là $-k$ , $-k$ , $+k$ .

Find the order from two trials that differ in the concentration of only one species.

Take the ratios of rates and of concentrations: a rate that stays the same, doubles, or quadruples points to order zero, one, or two.

Identify the order from which concentration plot comes out linear.

A linear plot of $[A]$ , $\ln[A]$ , or $1/[A]$ versus $t$ indicates order zero, one, or two, with slopes $-k$ , $-k$ , and $+k$ , respectively.

Tần suất trong đề AP ChemistryHow often it shows up on AP ChemistryThường xuyênVery common

Khái niệm này sinh ra từ đâuWhere the concept comes from1 phút đọc1 min read

1850Ludwig WilhelmyWilhelm OstwaldSvante Arrhenius

Năm 1850, Ludwig Wilhelmy định lượng tốc độ phản ứng, mở đầu lĩnh vực nghiên cứu phản ứng diễn tiến nhanh hay chậm.

In 1850, Ludwig Wilhelmy made the first quantitative measurement of a reaction rate, launching the study of how quickly or slowly reactions proceed.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi của môn học nhấn mạnh vào chuyển động và biến đổi theo thời gian, chứ không phải vào trạng thái cuối cùng: điều mà Wilhelmy đo năm 1850 chính là phản ứng diễn tiến nhanh hay chậm, và đó vẫn là câu hỏi trung tâm của lĩnh vực này cho tới nay. Vì vậy, phần lớn từ vựng của môn học đều là từ vựng của tốc độ. Năm 1887, Ostwald đặt ra hai thuật ngữ mà đề thi ngày nay vẫn dùng nguyên văn — bậc phản ứng (reaction order) và chu kỳ bán rã (half-life) — trong bộ Lehrbuch der allgemeinen Chemie của ông. Hai năm sau, Arrhenius phân tích sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ theo dạng $k = A\,e^{-B/T}$ và giải thích nó bằng ý tưởng về một rào năng lượng mà phân tử phải vượt qua; công thức này được gọi theo tên ông là phương trình Arrhenius (Arrhenius equation). Ngược lại, cách hiểu vì sao tồn tại rào năng lượng ấy phải đợi đến năm 1917, khi Trautz và Lewis độc lập đề xuất rằng tốc độ phản ứng do tần số va chạm giữa các phân tử quyết định — nền tảng của thuyết va chạm (collision theory).

Nguồn đối chiếuSources

Thử nghiệm tương tácInteractive explorer

Rê mốc thời gian dọc đường cong — đọc độ dốc tại từng thời điểm

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — đăng nhập để mở.Drag the parameters and watch the concept move — sign in to open.

Tạo tài khoảnCreate an account

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Quiz câu thật từ ngân hàng đềReal exam questions from our question bank

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.A few real questions on exactly this concept, graded instantly with an explanation for every choice — the system remembers how well you know it.

Tạo tài khoảnCreate an account

Học tiếp từ đâyKeep learning

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termTốc độ phản ứngĐộng học · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termGiới thiệu về định luật tốc độĐộng học · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termĐộng họcĐộng học · khoácourse AP Chemistry

Cần trướcLearn firstnồng độconcentration

Dẫn tớiLeads tophương trình ArrheniusArrhenius equation (sắp có)(coming soon)

Mục tiêu và lộ trình unit ai cũng xem được — làm bài tập và lưu tiến độ thì cần đăng nhập.Anyone can view a unit's goals and roadmap — sign in to do the exercises and save your progress.

Hay nhầm vớiOften confused with

Thuật ngữTermKhác nhau ở đâuHow they differHay nhầm khiMixed up when

nhiệt động lực học (thermodynamics)thermodynamics

Khác nhau ở đâuHow they differNhiệt động lực học trả lời phản ứng có xảy ra hay không và dừng ở đâu. Động học hóa học trả lời phản ứng xảy ra nhanh hay chậm.

Hay nhầm khiMixed up whenđề hỏi tại sao phản ứng tự phát lại không quan sát được sản phẩm — cần phân biệt nhiệt động thuận lợi và động học chậm do năng lượng hoạt hóa cao

Cùng chủ đềSame topic

Nguồn tham khảoReferences

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 17, 661.