Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Диффузионная и кинетическая области протекания реакций.

Гетерогенная химическая реакция может протекать только в том случае, если происходит непрерывная молекулярная или кон­вективная диффузия реагирующих веществ к поверхности, на которой идет данная реакция, и непрерывная обратная диффузия продуктов реакции.

Скорость процесса в целом будет определяться скоростью наи­более медленной стадии. Если скорость реакции на поверхности катализатора больше скорости диффузии, то скорость процесса в целом будет определяться скоростью диффузии. Наблюдаемая макроскопическая кинетика реакции будет подчиняться уравне­ниям, которые можно получить, рассматривая только процессы диффузии, и, следовательно, не будет отражать истинной скорости хи­мической реакции на поверхности катализатора. В этом случае гово­рят, что процесс лежит в диффузи­онной области. Процесс при этом чаще всего описывается уравнением реакции первого порядка, так как скорость диффузии прямо пропор­циональна концентрации.

Если скорость химической реак­ции значительно меньше, чем ско­рость диффузии, то скорость про­цесса в целом будет определяться скоростью химической реакции. В этом случае процесс лежит в кине­тической области и описывается уравнением кинетики той реакции, которая протекает на поверхности катализатора.

Если скорость диффузии и ско­рость химической реакции, рассмот­ренные независимо друг от друга, соизмеримы, то имеется пере­ходная область. Один и тот же процесс в зависимости от условий его проведения может лежать в различных областях. Большое влияние на характер протекания гетерогенного химического про­цесса оказывают давления реагирующих веществ, скорости пото­ков, пористость катализатора и температура.

При изменении температуры на 10 °С скорость диффузии, как показывает опыт, изменяется приблизительно в 1,2 раза, а ско­рость химической реакции — в 3—4 раза. Поэтому при понижении температуры скорость химической реакции убывает быстрее, чем скорость диффузии, и при низких температурах процесс чаще про­текает в кинетической области.

Типичная форма зависимости логарифма константы скорости гетерогенного процесса от величины обратной температуры пока­зана на рис. XII, 11. Участок кривой АВ, отвечающий практически постоянной k (k не зависит от температуры), соответствует диффу­зионной области протекания процесса. Участок СD соответствует кинетической области протекания процесса. Этот участок обычно характеризуется значительной величиной энергии активации. Уча­сток ВС соответствует переходной области. Обычно переходы из одной области в другую не так резки, как показано на рисунке, и описываются плавной кривой. Такой ход кривой наблюдается для пористых катализаторов. На кривых, характеризующих непористые поверхности, переходная область практически отсутствует. Кривая в точке В резко изменяет направление (ВЕ), характеризуя кине­тическую область протекания процесса.