Luận văn thạc sĩ: Kiểm nghiệm cơ chế phản ứng 2NO(k) → N2(k) + O2(k) bằng phương pháp tính hóa học lượng tử

• Tác giả: Vũ Thị Huyền Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nhiêu
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Kiểm Nghiệm Cơ Chế Phản Ứng 2NO(k) → N2 (k)+ O2(k) Bằng Phương Pháp Tính Hóa Học Lượng Tử
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lí do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử
• 1.1.1. Phương trình Schrodinger
• 1.1.2. Sự gần đúng Born – Oppenheirmer
• 1.1.3. Phương pháp biến phân
• 1.1.4. Thuyết trường tự hợp Hartree – Fock
• 1.1.5. Phương trình Roothaan
• 1.2. Cơ sở của các phương pháp tính gần đúng lượng tử
• 1.2.1. Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng lượng tử
• 1.2.2. Tương quan electron
• 1.2.3. Bộ hàm cơ sở
• 1.2.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT)
• 1.3. Bề mặt thế năng (Potential Energy Surface: PES)
• 1.3.1. Bề mặt thế năng
• 1.3.2. Điểm yên ngựa và đường phản ứng
• 1.3.3. Tọa độ phản ứng thực (Intrinsic Reaction Coordinate – IRC)
• 1.4. Cơ sở lí thuyết về động hóa học
• 1.4.1. Tốc độ phản ứng. Cơ chế phản ứng, phân tử số và bậc của phản ứng. Hằng số tốc độ phản ứng
• 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu động học của phản ứng phức tạp
• 1.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Năng lượng hoạt hóa. Thuyết phức hoạt động (Còn gọi là trạng thái chuyển tiếp)
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hệ chất nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phần mềm tính toán
• 2.2.2. Lựa chọn phần mềm và phương pháp tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Lựa chọn bộ hàm và phương pháp tính
• 3.2. Kết quả tính toán
• 3.2.1. Kết quả tính toán lí thuyết
• 3.2.2. Kết quả tính toán hóa học lượng tử
• ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
• DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ

I. Tổng quan về cơ chế phản ứng 2NO k thành N2 k và O2 k

Nghiên cứu cơ chế phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k) là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học lượng tử. Phản ứng này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Khí NO là một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí, và việc chuyển hóa nó thành N2 và O2 là một giải pháp khả thi để cải thiện chất lượng không khí.

1.1. Cơ sở lý thuyết về phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học là quá trình chuyển đổi các chất này thành các chất khác. Trong trường hợp của phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k), cần hiểu rõ về các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế phản ứng, bao gồm năng lượng hoạt hóa và các trạng thái chuyển tiếp.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu cơ chế phản ứng

Nghiên cứu cơ chế phản ứng giúp hiểu rõ hơn về cách thức các phản ứng hóa học diễn ra. Điều này không chỉ có giá trị trong lý thuyết mà còn trong ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là trong việc phát triển các phương pháp xử lý khí thải.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu phản ứng 2NO k

Mặc dù nghiên cứu cơ chế phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k) đã được thực hiện, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Một trong những vấn đề lớn là điều kiện phản ứng, bao gồm nhiệt độ và áp suất, ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng

Nhiệt độ và áp suất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể dẫn đến hiệu suất cao hơn trong việc chuyển hóa NO thành N2 và O2.

2.2. Khó khăn trong việc mô phỏng phản ứng

Mô phỏng phản ứng hóa học bằng phương pháp hóa học lượng tử đòi hỏi tính toán phức tạp. Việc lựa chọn phương pháp tính toán và bộ hàm phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác.

III. Phương pháp nghiên cứu cơ chế phản ứng 2NO k thành N2 k và O2 k

Để nghiên cứu cơ chế phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k), phương pháp hóa học lượng tử được áp dụng. Phương pháp này cho phép mô phỏng và dự đoán các trạng thái của phản ứng một cách chính xác.

3.1. Phương pháp tính toán hóa học lượng tử

Phương pháp DFT (Density Functional Theory) là một trong những phương pháp phổ biến trong nghiên cứu hóa học lượng tử. Phương pháp này giúp tối ưu hóa cấu trúc phân tử và tính toán năng lượng của các trạng thái khác nhau trong phản ứng.

3.2. Sử dụng phần mềm Gaussian trong nghiên cứu

Phần mềm Gaussian là công cụ mạnh mẽ trong việc tính toán hóa học lượng tử. Nó cho phép mô phỏng các phản ứng hóa học phức tạp và cung cấp thông tin về bề mặt thế năng và các trạng thái chuyển tiếp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k) có thể được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh các điều kiện phản ứng. Những thông tin thu được từ nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn để giảm thiểu ô nhiễm không khí.

4.1. Kết quả tính toán và phân tích

Kết quả tính toán cho thấy rằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng có thể được giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa cấu trúc phân tử. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các phương pháp xử lý khí thải hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp và môi trường

Nghiên cứu này có thể được áp dụng trong các ngành công nghiệp để phát triển các công nghệ xử lý khí thải, từ đó góp phần bảo vệ môi trường và cải thiện chất lượng không khí.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu cơ chế phản ứng 2NO(k) thành N2(k) và O2(k) mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học lượng tử. Những kết quả đạt được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp hóa học lượng tử có thể giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng và tối ưu hóa các điều kiện phản ứng.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phản ứng hóa học phức tạp khác và phát triển các phương pháp mới để xử lý khí thải hiệu quả hơn.