Lectures.Part.2
.1.pdf
31
wd c0 c DS (c0 c)
де DS - константа швидкості дифузійного процесу.
Швидкість дифузії:
wd (c0 c)
Швидкість хімічної взаємодії:
w kc
В стаціонарному режимі:
wd w
kc (c0 c) kc c0 c) kc c c0
(k )c c0
c c0 k
Підставимо (42) в (41) дістанемо:
w k c0 k
або
|
|
w |
|
|
c0 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
- називають кінетичний опір процесу; |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
- дифузійний опір. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||
Розглянемо граничні випадки.
1)k , підставимо в (44) k k , дістанемо:
w c0 - реакція протікає в дифузійній області, лімітуючою стадією є дифузія.
2)k , підставимо в (44) k , дістанемо:
©Ю.Павловський 2011
(40)
(41)
(42)
(43)
(44)
32
w kc0 - реакція протікає в кінетичній області, лімітуючою стадією є хімічна взає-
модія.
Рис.18. Залежність швидкості гетерогенної реакції від температури
Швидкість гетерогенної реакції, що протікає у дифузійній області залежить від концент-
рації, площі поверхні розділу фаз, структури поверхні, ступеня подрібненості, відносної швид-
кості руху фаз (швидкості перемішування, течії тощо), та незначно залежить від температури
( D kTB ) і в’язкості середовища ( B 6 r для сферичних частинок). Температурний коефі-
цієнт у дифузійній області γ=1,2÷1,4. Енергія активації у дифузійній області Е=5÷20 кДж/моль.
Рис.19. Визначення енергії активації гетерогенної реакції
Для встановлення області протікання гетерогенної реакції слід провести експеримента-
льне вимірювання швидкості від температури або від швидкості перемішування. © Ю.Павловський 2011
33
Поняття про каталіз
Каталізом називають процес прискорення швидкості хімічної реакції під дією каталіза-
торів – речовин, що не входять в загальне стехіометричне рівняння реакції.
Каталіз поділяють на гомогенний та гетерогенний.
Особливості гомогенного каталізу:
-швидкість реакція пропорційна концентрації каталізатора;
-механізм дії полягає в утворенні проміжних сполук, що вимагає менших затрат енер-
гії. У результаті енергія активації процесу в цілому зменшується, а його швидкість зростає.
-гомогенні каталізатори бувають як селективні, так і широкої дії.
Приклади гомогенних каталітичних процесів:
без каталізатора протікає при T=800 K:
CH3CHO → CH4 + CO E1=45,5 кДж/моль
за участю йоду у якості каталізатора при кімнатній температурі:
CH3CHO + I2 → CH3I + HI + CO |
|
CH3I + HI → CH4 + I2 |
E2=32,5 кДж/моль w2=6000w1 |
Особливості гетерогенного каталізу:
-швидкість залежить від площі і структури поверхні каталізатора;
-механізм полягає у адсорбції реагентів на активних центрах каталізатора, при цьому утворюються нестійкі реакційно здатні сполуки , або просто збільшується концент-
рація реагентів;
-деякі гетерогенні каталізатори (платина, паладій) каталізують дуже велику кількість реакцій, інші мають селективну дію – каталізують лише конкретну реакцію.
Існують речовини що підсилюють дію гетерогенних каталізаторів (промоутери) та сповільнюють їх дію (каталітичні отрути).
Велику роль відіграють каталітичні процеси у живій природі де під дією ферментів від-
буваються найрізноманітніші реакції. Наприклад, реакція інверсії цукру без каталізатора має енергію активації 266 кДж/моль, в присутності іонів водню 130 кДж/моль, а у присутності β-
фруктофуранозидази – 78 кДж/моль.
© Ю.Павловський 2011