Кинетика гетерогенных реакций. Миттова И.Я - 14 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

14
Уравнение скорости реакции в открытой системе газ – твердое тело
Пусть в такой системе протекает реакция :
11223344
AAAA
νννν
+→+
(64)
Нечетные индексы соответствуют твердым компонентам , четные – газооб -
разным, лимитирующий реагент – твердое вещество с индексом 1.
Полную скорость превращения всей системы можно выразить через ско-
рость изменения числа молей лимитирующего реагента:
0
l
ll
dndd
n
dtdtdt
ξα
υν=−=−= (65)
Если парциальные давления газов Р
2
, Р
4,
...Р
j
поддерживаются постоянны -
ми, то они представляют собой действующие факторы , которые можно задавать
произвольно. Тогда состояние системы полностью определено значениями пе-
ременных T, P
j
, … n
i
или Т, Р, Х
j
, … X
i
.
Заменяя переменные в
()()
, , ,1, 2
r
d
dt
ρ
ρ
ξ
υξξρ==KK
, используя соотно-
шения
()
0
0
max
1,2,... и
iiiil
e
mmMic
n
ξξ
νξαν
ξ
−====−
, можно выразить полную
скорость реакции как функцию состояния системы:
()
0
,,...
lj
d
nTP
dt
α
υυα
==
, (66)
в которой подразумевается , что начальное число молей лимитирующего реа-
гента уже учтено:
(
)
(
)
0
,,
, ,
jlj
TPnTP
α
υαυα
=KK
. Основная задача для системы
газ – твердое тело – выявление смысла этой функции и определение ее анали-
тического вида.
Современное состояние теории кинетики топохимических реакций
Кинетические исследования включают 2 этапа:
1) экспериментальное определение степени или скорости превращения в за-
висимости от условий реакции и математическе описание этой зависимости;
2) оценку кинетических параметров реакции и их интерпретацию в соответ-
ствии с природой происходящих процессов:
()()()
()()()()
()()()
123
1234
123
;
;
TTT
TTTT
TTT
+→
+→+
+→+Γ
Характерной особенностью твердофазных реакций является локализация
реакционной зоны на поверхности раздела фаз . Общая поверхность и толщина
реакционной зоны могут быть различны и зависят как от природы исследуемо-
го процесса, так и от условий его проведения . Тенденция реагентов к взаимно-
му растворению способствует расширению реакционной зоны , а изменение
степени смешения реагентов изменяет протяженность реакционной зоны . Этого
можно достичь , если реакционную смесь получают не механическим смешени-
                                                 14
У равнениескорости реакции в откры той систем егаз – твердоетел о
      П усть в такой систем епротекаетреакция:
                                 ν 1 A1 + ν 2 A2 → ν 3 A3 + ν 4 A4                (64)
      Н ечетны е индексы соответствую т тверды м ком понентам , четны е – газооб-
разны м , л им итирую щ ий реагент – твердоевещ ество синдексом 1.
      П ол ную скорость превращ ения всей систем ы м ож но вы разить через ско-
рость изм енения числ ам ол ей л им итирую щ его реагента:
                                         dn         dξ          dα
                                 υ = − l = −ν l           = nl0                   (65)
                                          dt         dt          dt
      Е сл и парциал ь ны е давл ения газов Р2, Р4, ...Рj поддерж иваю тся постоянны -
м и, то они представл яю тсобой действую щ иеф акторы , которы ем ож но задавать
произвол ь но. Т огда состояние систем ы пол ность ю определ ено значениям и пе-
рем енны х T, Pj, … ni ил и Т , Р, Х j, … Xi.
                            dξ ρ
Зам еняя перем енны е в            = υ ρ (T , P , ξ ,K ξ r )( ρ = 1, 2K r ) , испол ь зуя соотно-
                             dt
                                                      ξ      ξ
шения mi − mi0 = ν i M iξ ( i = 1,2,...c ) и α =          = −ν l , м ож но вы разить пол ную
                                               ξ max        ne0
скорость реакции как ф ункцию состояния систем ы :
                                       dα
                              υ = nl0      = υ (T , Pj ,...α ) ,                         (66)
                                        dt
в которой подразум евается, что начал ь ное числ о м ол ей л им итирую щ его реа-
гентауж еучтено: υ (T , Pj , Kα ) = nl0υα (T , Pj , Kα ) . О сновная задачадл я систем ы
газ – твердое тел о – вы явл ение см ы сл а этой ф ункции и определ ение ее анал и-
тического вида.

    С о врем енно е с о с т
                          о яни е тео ри и ки нет    и ки т
                                                          о по х и м и чес ки х реа кци й
    К инетическиеиссл едования вкл ю чаю т 2 этапа:
1)    эксперим ентал ь ноеопредел ение степени ил и скорости превращ ения в за-
висим ости отусл овий реакции и м атем атическеописаниеэтой зависим ости;
2)    оценкукинетических парам етров реакции и их интерпретацию в соответ-
ствии сприродой происходящ их процессов:
                                 T(1) + T( 2) → T(3) ;
                                    T(1) + T( 2) → T(3) + T(4 ) ;
                                    T(1) + T( 2) → T(3) + Γ
     Х арактерной особенность ю твердоф азны х реакций явл яется л окал изация
реакционной зоны на поверхности раздел а ф аз. О бщ ая поверхность и тол щ ина
реакционной зоны м огут бы ть разл ичны и зависят как от природы иссл едуем о-
го процесса, так и от усл овий его проведения. Т енденция реагентов к взаим но-
м у растворению способствует расширению реакционной зоны , а изм енение
степени см ешения реагентов изм еняет протяж енность реакционной зоны . Э того
м ож но достичь , есл и реакционную см есь пол учаю т не м еханическим см ешени-

Страницы