Phản ứng thuận nghịch đơn giản và cân bằng hóa học

2013-11-29 13:23

Thế kỉ XVII

    Rôbectơ Bôilơ (1627 - 1691) và Hêoóc stan (1659 - 1734) đã cùng nhau nghiên cứu tốc độ của một số phản ứng thế. Mục đích của họ là thông qua việc xác định tốc độ phản ứng để tìm phương pháp biểu thị một cách định lượng ái lực hoá học và khả năng tương tác hoá học của chất này đối với chất khác. Tuy nghiên cứu không tiến hành theo hướng tích luỹ các dữ kiện động học của phản ứng, nhưng vẫn được xem là những nghiên cứu đầu tiên về động hoá học.

Năm 1718

    Nhà hoá học Pháp Êchiên Franxoa Giôfrua (1672 - 1731) gửi đến Viện Hàn lâm Khoa học Pari một tài liệu khoa học phong phú bao gồm 16 bảng, trong đó các chất được sắp xếp thứ tự (theo chiều dọc) phụ thuộc vào ái lực hoá học của chúng đối với các chất khác (sắp xếp theo chiều ngang phía trên của bảng). Sự phụ thuộc này có tính chất định tính và không tính đến ảnh hưởng của điều kiện tiến hành phản ứng đến tốc độ của phản ứng.

 Năm 1777

     Caclơ Friđơlic Venxen (1748 - 1822), trong công trình "Học thuyết về ái lực của các chất”, trình bày kết quả nghiên cứu về tốc độ hoà tan kim loại trong axit. Mục đích nghiên cứu nhằm xây dựng các chỉ tiêu định lượng về ái lực hoá học của các chất. Venxen đã xác nhận rằng : "ái lực của các chất đối với dung môi tỉ lệ nghịch với thời gian cần thiết để hoà tan chúng”.

Năm 1803

     Clôt Lui Bectôlê (1748 - 1822), khi nghiên cứu các quá trình liên quan đến việc sản xuất xanpêt và sự tạo thành muối trong các hồ, đã đi đến kết luận rằng : chiều hướng của phản ứng hoá học phụ thuộc vào khối lượng các chất phản ứng, tính chất vật lí, hoá học của chúng và điều kiện tiến hành phản ứng. Trong cuốn sách 'Thí nghiệm về thống kê hoá học", Bectôlê đưa ra một quan niệm mới có tính chất nguyên tắc : quá trình hoá học là hai phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau.

Năm 1842

    Nhà hoá học Đức Henric Rôzơ (1795 - 1864), khi nghiên cứu nhằm củng cố thêm quan niệm của Bectôlê, đã đi đến kết luận : "Sự thiếu hụt về ái lực hoá học của chất có thể được bổ sung bằng cách tăng lượng của nó lên, và ngược lại".       Kết luận này của Rôzơ đã tiến gần đến nguyên lí của cân bằng động, mà sau này được Lơ Satơliê phát triển thành nguyên lí chuyển dịch cân bằng.

Năm 1850

Lutvic Fecđinan Vinhènmi (1812 - 1864) tiến hành nghiên cứu sự tương tác giữa đường thường và nước với sự có mặt của axit. Khi đó đường phân huỷ thành glucozơ và saccarozơ, Phản ứng này, với tên gọi là phản ứng nghịch đảo đường, trở thành phản ứng kinh điển khi nghiên cứu tốc độ của quá trình hoá học. (Tính đến năm 1906 có khoảng 140 bài báo khoa học viết về phản ứng này.) Vinhenmi nghiên cứu tốc độ phản ứng nghịch đảo đường và đưa ra công thức toán học đầu tiêu biểu thị sự phụ thuộc tốc độ của quá trình vào nồng độ đường và nhiệt độ. Như vậy, ông là người đầu tiên nói về tốc độ của phản ứng hoá học, có nghĩa là về động hoá học.

Năm 1857

     Công trình của Anri Xencle Đêvin (1818 - 1881) được công bố. Trong đó, ông trình bày các số liệu về sự phân huỷ của các muối khác nhau, ông gọi loại phản ứng này là "sự nhiệt phân". Tương tự, Xvante Arêniuyt gọi hiện tượng tách các phân tử muối thành ion trong dung dịch nước hay trong dung môi khác là "sự điện li”.

Năm 1859 -1865

     Nhicôlai Nhicôlaevic Bêkêtôp (1827 - 1911) tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất các chất khí đến tốc độ phản ứng mà chúng tham gia.

Năm 1862 -1863

     Pie Êgien Maxlen Bectơlô (1827 - 1907) và Pean đờ Xengin (1832 - 1863) nghiên cứu tính thuận nghịch của phản ứng phân huỷ este. Sau phản ứng nghịch đảo đường, thì đây là phản ứng quan trọng thứ hai đặt cơ sở cho học thuyết về động hoá học.

Năm 1867

      Nhà toán học Hungari Catơ Macxilian Hunđơbec (1836 - 1902) và Pête Vacge (1833 - 1900) đưa ra công thức toán học đầu tiên biểu thị định luật tác dụng khối lượng - một định luật cơ bản của động hoá học :

kCaCb... = k'C'aC'b

Ở đây, ca, Cb... là nồng độ ỏ trạng thái cân bằng hoá học ; k và k' là các hằng số. Đồng thời, Hunđơbec và Vacge gọi lượng chất chứa trong 1 cm3 dung dịch là khối lượng "hoạt động" hay là "khối lượng tác dụng". Khái niệm nồng độ sau này mới được Van Hôp đưa ra.

Năm 1867

Nhà khoa học Đức Phaunđơlec áp dụng thuyết động học chất khí vào quá trình tính toán số va chạm giữa các phân tử, và đã thu được kết quả như Hunđơbec và Vacge.

Năm 1874 -1878

    Nhà khoa học Mĩ G.Uilacđơ Gibs (1839 - 1903) đề nghị đo ái lực hoá học của chất qua công hữu ích cực đại có thể thực hiện trong quá trình phản ứng thuận nghịch.

Năm 1884

    Lacôp Henđơric Van Hôp (1852 - 1911) trong tác phẩm "Khái luận về động hoá học" đã khảo sát phản ứng hoá học một cách tỉ mỉ qua nghiên cứu tốc độ của chúng và xây dựng phương pháp phân loại động học đầu tiên mà đến ngày nay vẫn sử dụng. Căn cứ vào số phân tử tham gia phản ứng, Van Hôp đưa ra các danh từ : phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử, tam phân tử và đa phân tử. ông đã xác định rằng : thực tế không có phản ứng tam phân tử và đa phân tử, và từ đó ông rút ra kết luận về tính phức tạp của cơ chế phản ứng. Van Hôp đưa ra khái niệm hằng số tốc độ k vào định luật tác dụng khối lượng, về bản chất, hằng số đó là tốc độ của phản ứng giữa các chất ở điều kiện nồng độ bằng đơn vị.

     Van Hôp cũng đưa ra biểu thức toán học về sự phụ thuộc giữa hằng số tốc độ và nhiệt độ. Sau này Arêniuyt đã hoàn thiện biểu thức đó.

Năm 1885

     Anri Lơ Satơliê (1850 - 1936) nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến cân bằng hoá học đối với một số phản ứng. Ông xác định rằng : Sự tăng áp suất làm cho cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm thể tích của hệ, và ngược lại. Trên cơ sở quan sát này, ông đã phát biểu nguyên lý về cân bằng động.Van Hôp cũng đã rút ra kết luận tương tự về ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học.

Năm 1886

     Van Hôp, độc lập với Gibs, cùng đề nghị lấy công hữu ích cực đại nhận được trong quá trình phản ứng thuận nghịch làm thước đo ái lực hoá học của các chất, đồng thời xây dựng phương pháp tính ái lực.

Năm 1887

Nhicôlai Alêchxanđrôvich Mensutkin (1842 - 1907) giải thích một cách định lượng ảnh hưởng của dung môi đến tốc độ của một số phản ứng. ông có nhiều công trình nghiên cứu về quan hệ giữa cấu tạo của chất phản ứng và tốc độ phản ứng mà nó tham gia.

Năm 1889

      Xvante Arêniuyt (1859 - 1927) hoàn thiện công trình của Van Hôp về sự phụ thuộc giữa hằng số tốc độ và nhiệt độ. Sự phụ thuộc đó ngày nay được biểu thị bằng phương trình Arêniuyt. Theo Arêniuyt: chỉ có những phân tử hoạt động, có nghĩa là những phân tử phải có một năng lượng dư nào đó - được gọi là năng lượng hoạt hoá, mới tham gia vào phản ứng hoá học. Từ năm 1850, Vinhenmi đã đưa ra một công thức kinh nghiệm tương tự như phương trình Arêniuyt cho những khoảng nhiệt độ nhỏ.