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

Возможен, наконец, случай изменения концентрации обоих реагентов на поверхности их взаимодействия при одновременном изменении площади последней.

Если в этом случае степень превращения в продукт каждого из двух реагентов составляет в долях единицы соответственно G и G1 и лимитирующей скорость процесса является поверхность первого из них, превращенного на G долей единицы (что может быть, когда изменение поверхности первого реагента в ходе процесса существенно, а второго — весьма незначительно), то скорость реакции

в смеси, состоящей из сферических или кубических зерен, может быть выражена уравнением

(123)

Значение коэффициента К в уравнениях (114) — (118) и (123) зависит от начальной концентрации реагирующих веществ. Так как лимитирующей скорость процесса является поверхность реагента, превращенного на G долей единицы, то, очевидно, при одинаковых размерах зерен и плотностях реагентов G>G1.

Когда соотношения реагентов в системе и в стехиометрическом уравнении реакции таковы, что G1 -> 0 при достаточно существенном значении G, уравнение (123), естественно, обращается в уравнение (117).

Весьма существенно, что при G < 1, или, иначе, при G -> О (и соответственно Gj 0), каждое из уравнений (114), (115), (117), (118) и (100) принимает вид уравнения (96), т. е. скорость всех реакций в этих условиях практически постоянна.

Функция (1 — G) в уравнениях (114) — (118) и (123) характеризует концентрацию Сср реагирующего вещества в объеме, в то время как скорость гетерогенной реакции между двумя веществами в области химической кинетики, строго говоря, является функцией концентрации Сх одного из них на поверхности частиц другого:

Однако для рассмотренных случаев, в которых скорость диффузии несоизмеримо больше скорости собственно реакции Ct = Сср и, следовательно, скорость реакции можно считать функцией концентрации реагента в объеме.

Изложенное позволяет судить о зависимости скорости лимитируемых реакций так называемых твердофазовых процессов от первоначального размера зерен исходной смеси.

Так, для реакции, сопровождающейся изменением концентрации одного из реагентов на поверхности F их взаимодействия и имеющей при постоянном значении площади первый порядок, имеем

(124)

где для одного сферического зерна A' = 4πR2.

Количество превращенного вещества совокупности зерен первоначального радиуса R пропорционально произведению степени превращения одного зерна на число зерен N в единице веса такой массы

где

(126

если у — кажущийся удельный вес зерна.

В связи с этим окончательно скорость реакции указанного род,

будет равна:

(127

 

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