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: 690;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.