Особенности кинетики гетерогенных реакций, Общие сведения - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Общие сведения

Гетерогенные реакции еще труднее для изучения, чем гомогенные, и в обычных учебниках общей химии им уделяется мало внимания, хотя они очень важны для современной науки и техники. Горение твердого топлива, металлургические процессы, коррозия металлов, выветривание минералов, производство цемента, строительной керамики (кирпича), огнеупоров, функциональных керамических материалов (сегнето - и пьезоэлектриков, твердых электролитов, ферритов и др.) и многие другие процессы основаны на гетерогенных реакциях, чаще всего газ+твердое, жидкость+твердое или твердое+твердое.

В этом разделе будет дано лишь краткое качественное рассмотрение гетерогенной кинетики. Прежде всего, вспомним, что строгое микроскопическое определение скорости, данное в § 1.2 (через частоту элементарных актов на единице площади контакта) совершенно бесполезно на практике, т. к. число элементарных актов трудно считать, площадь контакта обычно неизвестна, а в случае, когда слой продукта разделяет реагенты, контакт реагентов вовсе отсутствует. Поэтому будем пользоваться макроскопическими определениями, данными в том же § 1.2:

V'.= dn/(m0D) или v'' = dn/(n0D),

Т. е. через изменение количества вещества в единицу времени, отнесенное к исходной массе или исходному количеству вещества. В последнем случае скорость реакции - это безразмерная степень превращения исходного вещества (или выход продукта, как доля от теоретически возможного количества) в единицу времени.

Если в реакции участвует раствор, то скорость реакции можно определить так же, как и в случае гомогенной реакции, через изменение его концентрации:

V = dC/d.

Изменение концентрации или количества вещества можно контролировать химическими, физико-химическими или физическими методами. Если реакция сопровождается поглощением или выделением газа, то проще всего контролировать изменение массы; выделение газа можно также контролировать по его объему, а чисто твердофазные реакции - методом рентгенофазового анализа.

Как и для гомогенных реакций, скорость гетерогенных реакций зависит от температуры, но смысл Еа может быть другим. В тех определениях скорости, которые используются в этом разделе, она не отнесена к единице площади контакта реагирующих фаз и потому, разумеется, пропорциональна этой площади. Поэтому дробление реагентов ускоряет реакцию. Если нужно провести реакцию газа с жидкостью, то либо распыляют мелкие капли жидкости в газе, либо пробулькивают мелкие пузырьки газа через жидкость. Твердые вещества перед взаимодействием тщательно измельчают и смешивают в ступках или мельницах. Но так мы влияем только на начальную площадь поверхности. А дальше все определяется природой продукта. Если он остается на поверхности и закрывает ее, то реакция резко тормозится.

По стадии, ограничивающей (лимитирующей) скорость процесса, гетерогенные реакции можно разделить на четыре типа.

Похожие статьи




Особенности кинетики гетерогенных реакций, Общие сведения - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Предыдущая | Следующая