34. Внутренняя масса передачи.

При увеличении скорости потока скорость гетерогенного процесса определяется внутренней массой передачи. Примем что . такое допущение позволят нам рассматривать задачу как диффузию в полубесконечное тело. На поверхности тела устанавливается какая то концентрация. С₀. При этих условиях для определения кол-ва в-ва проникшего вглубь воспользуемся законом Фика. Концентрация в объеме будет функцией расстояния, коэффициента диффузии и времени. Отсюда кол-ва поглощенного в-ва определиться из уравнения:. Зависимость этого интеграла от времени может быть найдена из теории размерности. Выберем в качестве безразмерного комплекса С/С0. Величина его должна быть функцией безразмерного комплекса из величин x t D. Согласно пи-теореме такой комплекс получается след. образом: . (1) Для данных значений x t, величина есть какое то число. (2) В случае диффузии в тело ограниченного размера возникает новая величина имеющая размерность длины.

Рассмотрим кинетику гетерогенного процесса в которой перенос через границу фаз сопровождается химической реакцией. Концентрация вещества в объеме С₀. Реакция создает дополнительный источник и сток в-ва. Для простоты примем что уравнение имеет первый порядок, тогда уравнение материального баланса имеет следующий вид: . Протекание реакции будет приводить к расходованию вещества и замедлению роста концентрации. Через некоторое время решение рассматриваемого уравнения имеет вид: . (3) Это уравнение показывает на какую глубину проникает диффузия во вторую фазу при химической реакции. В качестве меры глубины используется расстояние L, на котором концентрация падает в е раз. Уравнение (3) позволяет найти выражение скорости, которая определяется величиной потока П через единицу поверхности. В точке х=0 . при дифференцировании (3) получаем: . Подставляем это выражение в выражение потока и получаем: (4). Из этого уравнения может быть найдено энергия активации сложного процесса. Энергия активации процесса в целом должна быть равна полусумме . в большинстве случаев энергия активация хим. реакции значительно больше энергии диффузии, поэтому при сравнительно высоких температурах скорости хим.реакций намного больше скорости массы передач. И такие процессы определяются диффузией, как наиболее медленным процессом. При низких температурах наоборот. Отличительные особенности гетерогенных процессов протекающих в кинетической области: а) скорость реакции не зависит от величины зерен твердых реагентов; б) скорость не зависит от скорости газового потока; в) скорость реакции сравнительно быстро увеличивается с ростом температуры процесс часто носит автокаталитический характер (в начале процесса реакция идет с ничтожной скоростью [индукционный период]. Затем наступает период быстрого протекания реакции и после достижения некоторой максимальной скорости либо замедляется либо остается постоянной.).

42. Катализ.

Катализ - изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов. Катализ называют положительным, если скорость реакции увеличива-ется, и отрицательным, если скорость уменьшается. При гомогенном катализе реагенты и катализатор находятся в одной фазе, при гетерогенном катализе — в разных фазах.

Катализатор — вещество, участвующее в реакции и изменяющее ее скорость, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается. Катализатор, замедляющий реакцию, называют ингибитором. Биологические катализаторы белковой природы называют ферментами.

Механизм действия катализаторов состоит в том, что они образуют промежуточные соединения с исходными веществами и тем самым изменяют путь реакции, причем новый путь характеризуется другой высотой энергетического барьера, т.е. энергия активации изменяется по сравнению с некатализируемой реакцией. В случае «+» катализа она уменьшается, а отрицательного - увеличивается.

Так как изменение ТД функций в химических реакциях определяется только состоянием реагентов и продуктов и не зависит от промежуточных стадий (закон Гесса), то катализатор не может повлиять ни на тепловой эффект реакции, ни на энергию Гиббса, ни на константу равновесия (в случае обратимой реакции). В последнем случае катализатор изменяет лишь время достижения равновесного состояния, но не его ТД характеристики.