Скорость гетерогенной реакции
Теперь вернемся к гетерогенным реакциям.
1. а) Пусть первая стадия такой реакции состоит в диффузии вещества к по-
верхности раздела фаз, на которой осуществляется вторая стадия — собствен-
но реакция (первого порядка).
б) Пусть также достигнут стационарный режим: концентрация вещества во всех точках пространства, в т.ч. и на поверхности раздела фаз, со временем не меняется.
в) Последнее означает, во-первых, линейный характер убывания концентрации по мере перехода
- от наиболее дальней точки жидкой фазы (где c ≡c∞)
- к поверхности (где c ≡cS):
 |
Это показано на рис. 21.3.
г) Во-вторых, из условия постоянства cS вытекает равенство двух скоростей:
I. поступления вещества на поверхность (в результате диффузии) и
II. убыли вещества отсюда (в результате реакции).
 |
Если рассчитывать эти скорости, как обычно, по изменению количества
вещества в единице объема, то поток диффузии надо умножить на S/V. Итак,
 |
2. а) Подставим в левую часть уравнения (21.12) первый закон Фика (21.2) и выражение (21.11):
б) Тогда приходим к уравнению относительно cS:
 |
в) Далее удобно оперировать средней концентрацией вещества в растворе:
 |
г) Подставим последнее выражение в (21.14, а) и найдем из получающегося
уравнения концентрацию на поверхности:
 |
 |
д) Следовательно, стационарная скорость процесса в целом равна
 |
3. а) Таким образом, весь процесс описывается уравнением первого порядка с эффективной константой скорости k*. Последняя же зависит от параметров
диффузии (β) и химической реакции (k).
б) Могут быть два предельных случая.
 |
I. В одном из них диффузия происходит гораздо медленней, чем химическая реакция. Тогда
Это означает, что эффективная константа зависит практически только от ко-
эффициента диффузии (второе соотношение), а концентрация на поверхности
очень мала (третье соотношение). В этом случае говорят, что процесс идет в
диффузионной области.
II. Наоборот, процесс идет в «кинетической области», если диффузия происходит значительно быстрей химической реакции. Тогда
 |
Краткое содержание главы 21
В главе рассмотрена КИНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, т.е. процессов, проходящих на границе раздела фаз.
 |
1. В этих процессах большую роль играет ДИФФУЗИЯ веществ. ПОТОК ДИФФУЗИИ определяется соотношением:
2. Диффузия подчиняется трем фундаментальным законам: это ПЕРВЫЙ ЗАКОН ФИКА, УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ и ВТОРОЙ ЗАКОН ФИКА:
 |
 |
3. Если гетерогенная реакция включает две стадии (диффузию и собственно реакцию первого порядка), то ее скорость описывается уравнением:
Дата добавления: 2016-03-20; просмотров: 652;