\[
\frac{d[A]}{dt} = -k \quad
\]
Đơn vị của hằng số tốc độ \( k \) là \(\text{mol}^{-1} \cdot \text{thời gian}^{-1}\).
Lấy tích phân trong điều kiện:
\[
= [A_0], \quad [A](t) = [A]
\]
ta được:
\[
[A] – [A_0] = -kt
\]
Không thể tính được thời gian hoàn thành của một phản ứng hóa học, nhưng có thể tính được thời gian mà một nửa lượng chất phản ứng đã mất đi: thời gian bán hủy hay chu kỳ bán hủy \( t_{1/2} \) của phản ứng. Đây cũng là một đặc trưng động học của phản ứng hóa học. Đối với phản ứng bậc không:
\[
\frac{[A]}{[A](t_{1/2})} = \frac{[A_0]}{2} \quad \text{và} \quad t_{1/2} = \frac{[A_0]}{2k}
\]
Đây là đặc điểm nổi bật nhất của phản ứng bậc 0. Việc điều chỉnh nồng độ của chất phản ứng không tác động đến tốc độ của phản ứng. Điều này trái ngược với các phản ứng bậc 1, bậc 2, v.v., trong đó tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với lũy thừa của nồng độ chất phản ứng.
Mặc dù không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng bậc 0 có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như:
Nếu biểu diễn nồng độ chất phản ứng (C) theo thời gian (t) trong phản ứng bậc 0, ta sẽ thu được đồ thị dạng đường thẳng với độ dốc âm. Điều này thể hiện rằng nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian.
\[
\text{Phản ứng bậc 0:} \quad A \rightarrow \text{Sản phẩm}
\]
\[
\text{Tốc độ phản ứng:} \quad r = k
\]
\[
\text{Biểu thức động học:} \quad \frac{d[A]}{dt} = -k
\]
\[
\text{Nồng độ theo thời gian:} \quad [A] = [A]_0 – kt
\]
\[
\text{Trong đó:}
\begin{align*}
[A] & : \text{Nồng độ của chất phản ứng A} \\
[A]_0 & : \text{Nồng độ ban đầu của A} \\
k & : \text{Hằng số tốc độ phản ứng} \\
t & : \text{Thời gian}
\end{align*}
\]
Giải thích chi tiết cơ chế xảy ra phản ứng bậc 0:
Phản ứng bậc 0 là loại phản ứng hóa học mà tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng. Điều này có nghĩa là tốc độ phản ứng sẽ giữ nguyên bất kể lượng chất phản ứng có trong hỗn hợp ban đầu là bao nhiêu.
Cơ chế của phản ứng bậc 0 có thể được giải thích dựa trên hai yếu tố chính:
So sánh cơ chế của phản ứng bậc 0 với các loại phản ứng bậc khác:
Loại phản ứng | Cơ chế | Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng |
Phản ứng bậc 0 | Giới hạn bởi diện tích bề mặt chất xúc tác và năng lượng kích hoạt do chất xúc tác cung cấp | Không ảnh hưởng |
Phản ứng bậc 1 | Tốc độ phản ứng phụ thuộc tỉ lệ thuận với nồng độ của một chất phản ứng | Tăng nồng độ chất phản ứng dẫn đến tăng tốc độ phản ứng |
Phản ứng bậc 2 | Tốc độ phản ứng phụ thuộc tỉ lệ thuận với bình phương nồng độ của một hoặc hai chất phản ứng | Tăng nồng độ chất phản ứng dẫn đến tăng tốc độ phản ứng theo bậc hai |
\[
\textbf{Bài toán:}
\]
\[
\text{Phản ứng phân hủy } NH_3 \text{ trên các xúc tác } W, Mo, Os \text{ ở } 1000 \, K \text{ là phản ứng bậc không.}
\]
\[
\text{Sau một thời gian bằng } 1.5 \text{ chu kỳ bán hủy thì lượng } NH_3 \text{ còn lại bao nhiêu phần trăm?}
\]
\[
\text{Đối với phản ứng bậc không:}
\]
\[
t_{1/2} = \frac{[A]_0}{2k}
\]
\[
\text{Sau } t = 1.5 \, t_{1/2}, \text{ nồng độ của } NH_3 \text{ sẽ là:}
\]
\[
[A] = [A]_0 – k \times 1.5 \, t_{1/2}
\]
\[
\text{Thay } t_{1/2} \text{ vào:}
\]
\[
[A] = [A]_0 – k \times 1.5 \times \frac{[A]_0}{2k} = [A]_0 – 0.75[A]_0 = 0.25[A]_0
\]
\[
\text{Vậy lượng } NH_3 \text{ còn lại là } 25\% \text{ nồng độ ban đầu.}
\]
Thế giới phản ứng bậc 0 đã mở ra trước mắt bạn, đầy tiềm năng và hứa hẹn những khám phá mới mẻ. Hãy tiếp tục hành trình học tập và nghiên cứu của mình để chinh phục những đỉnh cao hóa học, nơi bạn có thể sáng tạo và cống hiến cho sự phát triển của khoa học. Hãy nhớ rằng, chìa khóa thành công nằm ở sự đam mê, kiên trì và không ngừng học hỏi.