KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
1
ĐỘNG HỌC XÚC TÁC
8/30/2012 Động học Xúc tác
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 2
Ưu điểm của quá trình có sử dụng xúc tác
Tạo được nhiều sản phẩm và kinh tế hơn:
Tăng vận tốc của phản ứng.
Đơn giản hóa các bước phản ứng – giảm chi phí đầu tư.
Phản ứng tiến hành ở điệu kiện trung bình ( T, P thấp) giảm
năng lượng tiêu thụ.
Giảm lượng chất thải:
Nâng cao độ chọn lọc ra sản phẩm mong muốn - làm giảm
lượng nguyên liệu lượng chất thải không mong muốn.
Thay thế các nguyên liệu nguy hiểm và độc hại.
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 3
Sản xuất ra các sản phẩm mà nếu không có xúc tác thì không thể sản xuất
được.
Kiểm soát quá trình tốt hơn (an toàn và linh hoạt hơn).
Thúc đẩy sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ.
Do có các ưu điểm đó nên:
27 % của GNP và 90 % của ngành công nghiệp hóa chất có sử dụng chất
xúc tác.
Ước tính mỗi năm lượng chất xúc tác tiêu thụ có giá trị khoảng 2 tỉ usd.
Chất xúc tác chiếm 2% tổng vốn đầu tư trong quá trình hóa học.
Các hóa chất được tạo ra bởi các quá trình chuyển hóa có sử dụng xúc tác
có giá trị khoảng 200 tỉ usd.
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 4

8/30/2012 Động học Xúc tác 6
Chất xúc tác (Catalyst) ?
Sự xúc tác (Catalysis) ?
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
7
Về bản chất
Chất xúc tác làm thay đổi cơ chế phản ứng dẫn đến làm
giảm năng lượng họat hóa của phản ứng.
 Về mặt lý thuyết, Chất xúc tác không thay đổi sau phản
ứng.
 Chất xúc tác không làm thay đổi đặc tính nhiệt động của
phản ứng.
 Đối với một phản ứng thuận nghịch, Chất xúc tác làm tăng
tốc độ cả chiều thuận và chiều nghịch, dẫn đến phản ứng đạt
cân bằng nhanh hơn.
8
– Ví dụ: CH
4
(g) + CO
2
(g) = 2CO(g) + 2H
2
(g)
D
G°
373
=151 kJ/mol (100 °C)

D
G°

• P: sản phẩm.
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 10
Free
energy: năng lượng hoạt hóa.
Energy
barrier: hàng rào năng lượng
Reactants
: các chất phản ứng
Catalyzed reaction
: Phản ứng xúc tác.
Products
: các sản phẩm
Uncatalyzed reaction
: phản ứng không xúc tác
Course of
reaction: tiến trình phản ứng
E
a
: năng lượng hoạt hóa
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
11 8/30/2012 Động học Xúc tác
KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác
12
Các thuộc tính của chất xúc tác
Hoạt độ (the Acivity)
Độ chuyển hóa (Conversion):

Tốc độ (Rate):

Hay TOF = số phân tử sản phẩm được tạo thành trên một
tâm hoạt tính của chất xúc tác trong một giây
(molecules.sec
-1
).
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 14
TOF = số phân tử sản phẩm được tạo thành trên một
tâm hoạt tính của chất xúc tác trong một giây
(molecules.sec
-1
).
TOT = 1/TOF = thời gian luân chuyển (turnover time),
thời gian cần thiết để tạo thành một phân tử sản phẩm
(giây, sec).
TOR = Tốc độ luân chuyển (Turnover rate) = TOF X
Diện tích bề mặt.
TON= TOF X Tổng thời gian phản ứng. TON = 1 (
stoichiometry); Trong công nghiệp thì TON >100 mới
thỏa mãn yêu cầu.
KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 15
Độ chọn lọc (The Selectivity)
Chọn lọc Hóa học
Chọn lọc lập thể

Số mol sản phẩm mong muốn

Số mol chất phản ứng đã chuyển hóa
.

(Homogeneous
catalysts)
Chất xúc tác
axit/bazơ
(Acid/Base
catalysts)
Chất xúc tác của
hợp chât các
kim loại chuyển
tiếp (Transtion
metal
compouds)
Chất xúc tác Dị
thể
(Heterogeneous
catalysts)
Chất xúc tác
khối (Bulk
catalysts)
Chất xúc tác giá
mang
(Supported
catalysts)
Chất xúc tác
sinh học
(Biocatalysts)
Chất xúc tác
đồng thể được
dị thể hóa
(Heterogenized

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 22
Ví dụ: Xúc tác đồng thể
 Phản ứng phân hủy tầng ozone
O
3
+ O  2O
2

Khi có Cl:
Cl + O
3
 ClO
3

ClO
3
 ClO + O
2

ClO + O  Cl + O
2

Ví dụ: Chất xúc tác đồng thể : transition metal catalyst
Mn
2+

2 MnO
4
-

O H
R
Không có chất xúc tác H
+

giai đoạn nà diễn ra chậm
R C
O
OH
H
+
R C
OH
OH
O H
R
R C
O
O R
-H
+
Ví dụ: Chất xúc tác đồng thể: xúc tác axit trong phản ứng ester
hóa
Có chất xúc tác H
+
giai đoạn
này diễn ra nhanh hơn
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
8/30/2012 Động học Xúc tác 24
Ví dụ: Chất xúc tác sinh học

H
12
O
6

• Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C
6
H
12
O
6
-> 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2