17. Особенности кинетики гетерогенных химических реакций. Стадии процесса и области его протекания. Кинетика процесса в кинетической и диффузионной областях. Закон Фика.

В гетерогенных реакциях как правило можно выделить три стадии протекания: Перенос реагирующих веществ к поверхности раздела фаз, химическое взаимодействие, перенос продуктов из реакционной зоны, так же могут иметь место адсорбция, десорбция, дополнительные химические превращения у поверхности твердого тела.

Перенос вещества к границе между фазами может осуществляться за счет конвекции и диффузии. Конвекция – перемещение всей среды в целом. Диффузия – направленное перемещение вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Подвод веществ диффузией определяется первым законом Фика: количество вещества dn, продиффундированного через площадку S , перпендикулярно потоку в направлении от большей концентрации к меньшей, пропорционально времени и градиенту концентрации .

dn= - DS , где D- коэффициент диффузии. В том случае, когда лимитирующей стадией является химическое взаимодействие говорят, что реакция находится в кинетической области. Существует граик зависимости скорости от времени, где кинетический режим представлен линейным законом, смешанный – параболическим, а диффузионный – логарифмическим.

18. Адсорбция, виды адсорбции( физическая, химическая, активированная). Изотерма адсорбции Ленгмюра.

Адсорбция – концентрирование вещества на поверхности раздела фаз. Адсорбирующееся вещество носит название адсорбата, адсорбирующее - адсорбента. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией. Разделяют физическую и химическую адсорбцию. Химическая (хемосорбция): взаимодействие веществ приводит к образованию хотя бы неустойчивых соединений. Если энергия активации равна нулю, то хемосорбцию называют неактивированной, при наличии активационного барьера – активированной. При физической адсорбции соединения не образуются. Это обратимый экзотермический процесс. Равновесное распределение молекул адсорбата между поверхностью твердого тела и газовой фазой оценивают по изотермам адсорбции. Простейшая из них – изотерма Ленгмюра. Скорость адсорбции: r_a=k_aSр_а(1-), Скорость десорбции: r_d=k_dS. При равновесии эти скорости равны.

= - уравнение адсорбции, где -доля поверхности, занятая адсорбированным газом, , ka, kd- коэффициенты адсорбции и десорбции.

19. Понятие о гомогенном катализе. Механизм действие катализатора. Энергетические диаграммы для некаталитической и каталитической реакции.

Катализ – ускорение химических реакций с помощью катализаторов – веществ, нерасходующихся в процессе химической реакции. Каталитические реакции протекают по слитной и стадийной схемам. Согласно слитной схеме, отделение катализатора от продуктов реакции происходит после создания активированного комплекса исходных веществ и катализатора. Процесс проходит в одну стадию. На энергетической диаграмме видно, что на реакцию с катализатором системе нужно сообщить меньшую энергию активации. Чаще протекают каталитические реакции, осуществляемые по стадийной схеме: вещества-реагенты последовательно взаимодействуют, образуя на каждой стадии соответствующий активированный комплекс. Энергетическая диаграмма характеризуется несколькими максимумами (активированные комплексы отдельных стадий) и минимумами (промежуточные соединения).

Если катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе, то в этом случае катализ гомогенный.

Гомогенный катализ осуществляется через промежуточные реакции с катализатором и в результате происходит замена одной реакции с высокой энергией активации несколькими, у которых энергия активации ниже, и, следовательно скорость их выше. Скорость каталитической реакции при гомогенном катализе пропорциональна концентрации катализатора.