5.1. Гомогенні процеси у газовій фазі

Гомогенні процеси у газовій фазі особливо характерні для технології органічних речовин і реалізуються в основному випаровуванням органічних речовин з подальшою обробкою парів газоподібними реагентами – хлором, киснем, двооксидом сірки, оксидами азоту. Відповідно відбуваються хімічні реакції хлорування, окиснення, сульфування, нітрування і т.д. Часто застосовують парофазний піроліз, тобто нагрів органічних речовин без доступу повітря з метою отримання нових продуктів. При піролізі відбувається розклад складних молекул з утворенням вільних радикалів, насичених і ненасичених вуглеводнів, які вступають у реакції полімеризації, конденсації, ізомерації і ін. Піроліз рідких і газоподібних речовин називається також крекінгом.

У технології неорганічних речовин газофазні гомогенні процеси здійснюються, наприклад, при виробництві сульфатної, нітратної і хлоридної кислот. Так, у пароподібному стані спалюють сірку у печах камерного типу для отримання SO₂; отримують оксид азоту з повітря в умовах низькотемпературної плазми (10³‑10⁵ К) за реакцією:

N₂ + O₂ = 2NO Н = –179,2 кДж.

В низькотемпературній плазмі здійснюється також електрокрекінг вуглеводнів, наприклад метану, з метою отримання ацетилену, синтез озону з кисню і ін.

У виробництві нітратної кислоти у газовій фазі відбувається окиснення оксиду азоту до двооксиду за рівнянням

2NO + О₂ = 2NО₂ Н = –119,3 кДж.

В газовій фазі відбувається синтез хлористого водню з водню і хлору у виробництві хлоридної кислоти за реакцією

Н₂ + С1₂ = 2НСІ.

5.2. Гомогенні процеси у рідкій фазі

Гомогенні процеси у рідкій фазі застосовують у промисловості частіше, ніж газофазні. Швидкість хімічних реакцій у рідкій фазі, як правило, у тисячі разів більша, ніж у газах (при цій же температурі), зате швидкість дифузії у рідинах значно менша, ніж у газах, внаслідок великої в'язкості рідини. Коефіцієнт дифузії у газах становить 0.1-1.0 см²/с, а у рідинах 10^-4–10^-5 см²/с.

До гомогенних процесів у рідкій фазі належать, наприклад, реакції нейтралізації і обмінного розкладу у технології мінеральних солей. У рідкій фазі здійснюється ряд процесів у технології органічних речовин:

• отримання простих і складних ефірів;

• полімеризація у розчинах і розплавах;

• лужне плавлення бензолсульфокислот у виробництві фенолу;

• окремі стадії сульфатнокислотної гідратації у виробництві етилового спирту і ін.

В гомогенних середовищах – газовому і рідкому – багато процесів відбувається за ланцюговим механізмом: окиснення, полімеризація і піроліз вуглеводнів, галогенування вуглеводнів, синтез хлороводню і ін.

На швидкість гомогенних процесів у газовій і рідкій фазах впливають концентрації реагуючих речовин, тиск, температура і перемішування.

Більшість реакцій проходять (відбуваються) у кілька стадій. Швидкість всієї реакції лімітується швидкістю найповільнішої стадії, яка і визначає порядок реакції. Тому, як правило, порядок реакції не співпадає з її молекулярністю, тобто сумою молекул, які взаємодіють за стехіометричними рівнями реакції. Наприклад, розклад пероксиду водню за схемою

2Н₂О₂  2Н,О + О₂

повинен би відбуватися як реакція другого порядку. Насправді ж порядок цієї реакції залежить від умов її проведення. Тому прийнято розрізняти порядок реакції і її молекулярність.

Порядок реакції – це сума показників степенів при концентраціях реагуючих речовин у кінетичному рівнянні.

За порядком реакції поділяють на нульового, першого, другого, третього і дробового порядку.

За молекулярністю реакції поділяють на моно-, бі- і тримолекулярні (одночасне зіткнення більше трьох молекул ймовірно неможливе).

До мономолекулярних належать реакції внутрімолекулярних перегрупувань (ізомеризація, інверсія) і реакції розкладу AD+R. Наприклад, при піролізі вуглеводнів мономолекулярні реакції утворення ненасичених сполук такі:

С₂Н₆ = С₂Н₄ + Н₂,

С₃Н₈ = С₃Н₆ + Н₂ і т.д.

Бімолекулярні реакції поділяються на реакції:

• приєднання А + А  АА або А + В  АВ, наприклад С₂Н₄ + Н₂ = С₂Н₆;

• розкладу 2А  D +R, наприклад 2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂;

• заміщення (обміну) А + ВС  АВ + С або АВ + CD  АС + BD, наприклад Zn + CuSО₄ = ZnSО₄ + Cu.

Тримолекулярні реакції, при яких взаємодіють три молекули, трапляються рідко; як правило вони відбуваються послідовно (по-стадійно). Тримолекулярними можуть бути реакції приєднання 3А  D; 2A + В  D, обміну A + B + C  D + R +...