Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 1

 

В условиях," когда физические явления (такие, как внутренняя диффузия, возгонка и т п.) практически не сказываются на скорости процесса превращения твердых веществ, она может быть лимитирована скоростью любого из следующих химических явлений:

1) реакции первого порядка;

2) реакции второго порядка;

3) взаимодействия при постоянной концентрации реагирующих веществ, а также реакции нулевого порядка;

4) автокаталитической реакции;

5) нескольких последовательных реакций.

Для гомогенной среды кинетику этих явлений описывают, как известно, соответственно следующими уравнениями:

(104) (105) (96) (106)

(для автокаталитической реакции первого порядка);

(для двух последовательных реакций первого порядка), где а и Ь — начальное количество реагирующих веществ в единице объема; у — количество реагирующих веществ (в той же единице объема), превращенное к моменту времени т; К, Кх и /С2 — константы, зависящие от свойств реагентов и условий процесса.

Непосредственное выражение кинетики различных процессов превращения смесей твердых веществ уравнениями (96) и (104) — (107) сильно ограничено и во многих случаях невозможно.

Дело прежде всего в том, что все эти уравнения, выведенные для гомогенных реакций, могут быть действительны для реакций, протекающих в гетерогенных системах лишь при постоянной поверхности контакта реагирующих веществ. Между тем, при взаимодействиях, протекающих в смеси кристаллических веществ, происходит непрерывное изменение (уменьшение) поверхности контакта между реагирующими веществами.

Поэтому для процесса в твердой смеси в случае, например, реакции «первого» порядка правильнее писать

где F — площадь поверхности соприкосновения реагентов.

Форма зерен реальных порошкообразных веществ может быть, как известно, различной. Практически, однако, в большинстве случаев можно считать эти зерна без существенной погрешности шарообразными или кубическими. В дальнейшем анализе, опубликованном в свое время в литературе [367], мы будем считать их, кроме того, примерно равновеликими.

В этом случае при первоначальном среднем значении R радиуса или половины ребра зерен и толщине х шарового или соответственно кубического слоя этих зерен, превращенного в продукт, степень G их превращения в долях единицы может быть выражена как

(108)

Откуда значение радиуса или половины ребра непрореагировавшей части зерен по истечении некоторого времени с начала реакции составит

(109)

В соответствии с этим зависимость площади реакционной поверхности шарообразного или кубического зерна от степени превращения имеет вид:

 

Другие части:

Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 1

Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 2

Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 3

Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 4

Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 5

 

 

Содержание