Luận văn thạc sĩ: Kiểm nghiệm cơ chế phản ứng H2(k) + Cl2(k) → 2HCl(k) bằng phương pháp tính hóa học lượng tử

• Tác giả: Vũ Thị Ngọc Lan
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nhiêu
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Kiểm Nghiệm Cơ Chế Phản Ứng H2(k)+ Cl2(k) → 2HCl(k) Bằng Phƣơng Pháp Tính Hóa Học Lƣợng Tử
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử
• 1.2. Phương trình Schrodinger
• 1.3. Sự gần đúng Born – Oppenheirmer
• 1.4. Phương pháp biến phân
• 1.5. Thuyết trường tự hợp Hartree – Fock
• 1.6. Phương trình Roothaan
• 1.7. Cơ sở của các phương pháp tính gần đúng lượng tử
• 1.8. Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng lượng tử
• 1.9. Tương quan electron
• 1.10. Bộ hàm cơ sở
• 1.11. Obitan kiểu Slater và kiểu Gauss (STOs và GTOs)
• 1.12. Những bộ hàm cơ sở thường dùng
• 1.13. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT)
• 1.14. Các định lý Hohenburg – Kohn (HK)
• 1.15. Phương pháp Kohn – Sham (KS)
• 1.16. Sự gần đúng mật độ khoanh vùng
• 1.17. Sự gần đúng gradient tổng quát
• 1.18. Phương pháp hỗn hợp
• 1.19. Một số phương pháp DFT thường dùng
• 1.20. Bề mặt thế năng (Potential Energy Surface: PES)
• 1.21. Điểm yên ngựa và đường phản ứng
• 1.22. Tọa độ phản ứng thực (Intrinsic Reaction Coordinate – IRC)
• 1.23. Cơ sở lí thuyết về động hóa học
• 1.24. Tốc độ phản ứng
• 1.25. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
• 1.26. Cơ chế phản ứng, phân tử số và bậc của phản ứng
• 1.27. Cơ chế phản ứng
• 1.28. Phân tử số
• 1.29. Bậc phản ứng
• 1.30. Hằng số tốc độ phản ứng
• 1.31. Phản ứng bậc 1
• 1.32. Phản ứng bậc 2
• 1.33. Phản ứng bậc ba
• 1.34. Phương pháp nghiên cứu động học của phản ứng phức tạp
• 1.35. Phương pháp nồng độ dừng
• 1.36. Phương pháp giai đoạn khống chế
• 1.37. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
• 1.38. Năng lượng hoạt hóa
• 1.39. Quy tắc Van't Hoff (1852-1911)
• 1.40. Biểu thức Areniuyt
• 1.41. Xác định năng lượng hoạt hóa
• 1.42. Phản ứng quang hóa học
• 1.43. Vài nét sơ lược về xúc tác
• 1.44. 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. Hiđro clorua (HCl)
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Phần mềm tính toán
• 2.5. Phần mềm Gaussian 09
• 2.6. Phần mềm Gaussview 5
• 2.7. Lựa chọn phần mềm và phương pháp tính toán
• 2.8. Lựa chọn phần mềm
• 2.9. Phương pháp tính toán
• 2.10. Xác định cơ chế phản ứng
• 2.11. Tính các thông số nhiệt động
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Lựa chọn bộ hàm và phương pháp tính
• 3.2. Kết quả tính toán
• 3.3. Kết quả tính toán lý thuyết
• 3.4. Xây dựng đường cong thế năng của các giai đoạn phản ứng
• 3.5. Phản ứng sinh mạch (phản ứng khơi mào)
• 3.6. Phản ứng phát triển mạch
• 3.7. Phản ứng ngắt mạch
• 3.8. Tính các đại lượng nhiệt động học
• PHẦN KẾT LUẬN
• ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa H2 và Cl2 để tạo thành HCl 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 nhiều lĩnh vực như công nghiệp hóa chất và môi trường. Hóa học lượng tử cung cấp các công cụ mạnh mẽ để phân tích và dự đoán các quá trình hóa học ở cấp độ phân tử.

1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử trong phản ứng H2 và Cl2

Hóa học lượng tử là ngành khoa học nghiên cứu các hệ lượng tử dựa vào phương trình Schrodinger. Phương trình này mô tả sự biến đổi trạng thái của hạt vi mô theo thời gian. Việc áp dụng lý thuyết này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng giữa H2 và Cl2.

1.2. Tầm quan trọng của phản ứng H2 và Cl2 trong hóa học

Phản ứng giữa H2 và Cl2 để tạo thành HCl là một trong những phản ứng cơ bản trong hóa học. Nó không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các quy luật hóa học mà còn có ứng dụng trong sản xuất hóa chất và nghiên cứu môi trường.

II. Thách thức trong nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Mặc dù nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl đã được thực hiện từ lâu, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc mô phỏng và dự đoán chính xác các giai đoạn của phản ứng. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và sự hiện diện của các chất xúc tác có thể ảnh hưởng đến kết quả phản ứng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế phản ứng

Nhiệt độ và áp suất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ và cơ chế của phản ứng H2 và Cl2. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tối ưu hóa điều kiện phản ứng trong thực tế.

2.2. Khó khăn trong việc mô phỏng phản ứng bằng hóa học lượng tử

Mô phỏng phản ứng H2 và Cl2 bằng hóa học lượng tử đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. Sự tương tác giữa các phân tử và các trạng thái chuyển tiếp là những thách thức lớn trong việc dự đoán chính xác cơ chế phản ứng.

III. Phương pháp nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Để nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl, các phương pháp tính toán hóa học lượng tử như DFT (Density Functional Theory) và phương pháp Hartree-Fock được sử dụng. Những phương pháp này giúp xác định cấu trúc phân tử và bề mặt thế năng của phản ứng.

3.1. Phương pháp DFT trong nghiên cứu phản ứng

Phương pháp DFT là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong hóa học lượng tử. Nó cho phép tính toán chính xác các tham số nhiệt động học và động học của phản ứng H2 và Cl2.

3.2. Sử dụng phần mềm Gaussian trong mô phỏng phản ứng

Phần mềm Gaussian là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng các phản ứng hóa học. Nó cho phép tính toán các thông số quan trọng như năng lượng, cấu trúc phân tử và bề mặt thế năng.

IV. Kết quả nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Kết quả nghiên cứu cho thấy phản ứng H2 và Cl2 diễn ra qua ba giai đoạn chính. Mỗi giai đoạn có những đặc điểm riêng và ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Việc xây dựng bề mặt thế năng giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng.

4.1. Các giai đoạn của phản ứng H2 và Cl2

Phản ứng H2 và Cl2 diễn ra qua ba giai đoạn: giai đoạn khơi mào, giai đoạn phát triển mạch và giai đoạn ngắt mạch. Mỗi giai đoạn có những đặc điểm riêng biệt và ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.

4.2. Bề mặt thế năng của phản ứng H2 và Cl2

Bề mặt thế năng được xây dựng từ các kết quả tính toán cho thấy sự thay đổi năng lượng trong quá trình phản ứng. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế và động học của phản ứng H2 và Cl2.

V. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong sản xuất hóa chất và cải thiện quy trình công nghiệp.

5.1. Ứng dụng trong sản xuất hóa chất

Phản ứng H2 và Cl2 để tạo thành HCl có ứng dụng quan trọng trong sản xuất hóa chất. Việc hiểu rõ cơ chế phản ứng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.2. Ứng dụng trong nghiên cứu môi trường

Nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 cũng có thể áp dụng trong nghiên cứu môi trường, đặc biệt là trong việc xử lý khí thải và ô nhiễm.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl

Nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 thành HCl đã cung cấp nhiều thông tin quý giá về quá trình hóa học. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới và ứng dụng trong thực tiễn.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng phản ứng H2 và Cl2 diễn ra qua nhiều giai đoạn và có thể được mô phỏng chính xác bằng hóa học lượng tử.

6.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Tương lai của nghiên cứu cơ chế phản ứng H2 và Cl2 sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán mới và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.