Вопрос 2 Уравнение Аррениуса

Уравне́ние Арре́ниуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции от температуры .

Согласно простой модели столкновений химическая реакция между двумя исходными веществами может происходить только в результате столкновения молекул этих веществ. Но не каждое столкновение ведёт к химической реакции. Необходимо преодолеть определённый энергетический барьер, чтобы молекулы начали друг с другом реагировать. То есть молекулы должны обладать некой минимальной энергией (энергия активации ), чтобы этот барьер преодолеть. Из распределения Больцмана для кинетической энергии молекул известно, что число молекул, обладающих энергией , пропорционально . В результате скорость химической реакции представляется уравнением, которое было получено шведским химиком Сванте Аррениусом из термодинамических соображений:

Здесь характеризует частоту столкновений реагирующих молекул,  — универсальная газовая постоянная.

В рамках теории активных соударений зависит от температуры, но эта зависимость достаточно медленная:

Оценки этого параметра показывают, что изменение температуры в диапазоне от 200 °C до 300 °C приводит к изменению частоты столкновений A на 10 %.

В рамках теории активированного комплекса получаются другие зависимости от температуры, но во всех случаях более слабые, чем экспонента.

Уравнение Аррениуса стало одним из основных уравнений химической кинетики, а энергия активации — важной количественной характеристикой реакционной способности веществ.

Билет 3

Вопрос 1 Природа пластичности твердых тел

Пластичность (пластическое течение), в отличие от двух предыдущих случаев представляет собой нелинейное поведение. Для пластичных тел при напряжения, меньших предельного напряжения сдвига (предела текучести) τ* скорость деформации равна нулю ( ). При достижения напряжения τ = τ* начинается пластическое течение, которое не требует дальнейшего повышения напряжения (рис.6).

Рис.6. Пластическое течение.

Пластическое течение, как и вязкое, механически и термодинамически необратимо.

Скорость диссипации энергии при пластическом течении пропорциональна скорости деформации (первой ее степени); такая зависимость характерна для сухого трения, т.е. отвечает закону трения Кулона , где F_N — сила прижатия двух тел, направленная по нормали к трению между ними. Соответственно, моделью пластического поведения тела (или дисперсной системы) могут служить две поверхности с коэффициентом трения , прижатые друг к другу с такой нормальной силой , что касательная к ней сила отвечает предельному напряжению сдвига рассматриваемого материала (рис.7).

Рис.7. Модель пластичности.

Природа пластичности — совокупность процессов разрыва и перестройки межатомных связей, которые в кристаллических телах обычно протекают с участием своеобразных подвижных линейных дефектов (дислокаций). Температурная зависимость пластичности может существенно отличаться от таковой для ньютоновской жидкости. При определенных условиях близкое к пластическому поведение обнаруживают различные молекулярные и ионные кристаллы (нафталин, AgCl, NaCl), пластичность характерна многих моно- и поликристаллических металлов.

Вместе с тем, пластичность типична для разнообразных дисперсных структур — порошков и паст. В этом случае механизм пластического течения заключается в совокупности актов разрушения и восстановления контактов между частицами дисперсной фазы. Пластичное тело, в отличие от жидкости, после снятия напряжения сохраняет приданную ему форму.

Таковы три простейших случая механического поведения и отвечающие им реологические модели (упругость, вязкое трение, сухое трение). Комбинируя их, можно получить различные более сложные модели, описывающие реологические свойства самых разнообразных систем. При этом каждая конкретная комбинация рассматривается обычно в определенном, характерном для нее режиме деформирования, в котором проявляются качественно новые свойства данной модели по сравнению со свойствами ее элементов.