Кинетика гетерогенных процессов

Гетерогенными называют процессы, протекающие на границе раздела фаз (растворение, кристаллизация, фазовые переходы, химические реакции на границе двух фаз , электрохимические реакции на границе электрод-раствор электролита, гетерогенные каталитические реакции).

По природе контактирующих фаз можно выделить 5 типов гетерогенных процессов: тв.-г., тв.-ж., тв.-тв., ж.-ж., ж.-г.

Особенности гетерогенных реакций

1. Скорость гетерогенной реакции зависит от величины и состояния поверхности. Поэтому правильнее ее относить не к единице объема реакционной системы, а к единице поверхности раздела фаз, т.е. .

2. Многостадийность гетерогенных реакций.

а) Любая гетерогенная реакция включает, как минимум, 3 стадии:

1. 1) подвод реагентов к границе раздела фаз

2) химическое взаимодействие на поверхности

2. 3) отвод продуктов реакции в глубину объемной фазы

Могут иметь место и другие стадии, например: адсорбция реагентов и десорбция продуктов, ассоциация или диссоциация молекул, дополнительные химические превращения реагентов вблизи поверхности раздела фаз (комплексообразование, димеризация, протонирование и др.)

б) Если какая-либо из этих последовательных стадий протекает заметно медленнее, чем другие стадии, то именно она будет тормозить весь процесс и определять его скорость, т.е. являться лимитирующей стадией гетерогенного процесса.

3. Транспортные стадии, т.е. доставка реагентов в зону реакции и отвод продуктов осуществляются за счет диффузии.

Диффузией называют перемещение молекул вещества в неподвижной среде под действием разности концентраций или, как говорят, градиента концентрации в результате теплового движения.

Кинетические особенности гетерогенной реакции

1. Кинетическая область, диффузионная область.

2. В зависимости от условий проведения, кинетика одной и той же реакции может определяться как процессами диффузии, так и скоростью самого химического взаимодействия.

График зависимости в широком интервале температур.

3. Области протекания реакции.

а) Диффузионная, переходная, кинетическая

б) Выяснение природы лимитирующей стадии

1. влияние температуры (температурный коэффициент константы скорости химической реакции ( ) и диффузии ( ), величина энергии активации )

2. влияние перемешивания

4. Кинетика в переходной области.

а) для мономолекулярной реакции

б) ,

в) стационарный режим:

г)

д) диффузионное и кинетическое сопротивление

е) анализ

1)

3. 2)

Основные законы диффузии. Коэффициент диффузии

1. I –ый закон Фика

а) Движущая сила диффузии

1) Протекание любого химического процесса связано с разностью значений химического потенциала в различных частях системы, точнее с градиентом хим. потенциала,

2) В случае идеальной системы имеем

т.о. движущей силой процесса диффузии является разность концентраций или градиент концентрации

б) Диффузионный поток. Уравнение 1-го закона Фика

- количество вещества, переносимого в единицу времени через единицу поверхности, например,

- I-ое уравнение Фика

- коэффициент диффузии,