ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
5
С(т) + О
2
(г) = СО
2
(г),
чтобы реакция горения угля могла протекать, необходимо,
чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции,
постоянно удалялся от поверхности угля, а новые порции
кислорода подходили к ней. Оба процесса осуществляются
путем конвекции (перемещения массы газа или жидкости)
и диффузии. Можно выделить по меньшей мере три ста-
дии:
1)
подвод реагирующего вещества к поверхности;
2)
химическая реакция на поверхности;
3)
отвод продукта реакции от поверхности.
Когда процесс складывается из разных стадий, обла-
дающих различными скоростями, то общая скорость про-
цесса определяется скоростью наиболее медленной стадии,
который называется
лимитирующей. Лимитирующей мо-
жет быть как перенос вещества, так и собственно химиче-
ская реакция.
При горении угля химическая стадия протекает быст-
ро, лимитирующей является первая стадия: чем интенсив-
ней подается к углю кислород или воздух, тем быстрей
идет данная реакция. Очевидно, что в этом случае изме-
ренная скорость не совпадает с вычисленной по ЗДМ.
Зависимость скорости реакции от температуры.
Энергия активации. При повышении температуры ско-
рость химических реакций увеличивается и это увеличение
весьма значительно. Зависимость скорости реакции от
температуры определяется
эмпирическим правилом
Вант-Гоффа, согласно которому при повышении темпера-
туры на каждые десять градусов скорость большинства ре-
акций увеличивается в 2-4 раза. Это правило носит при-
ближенный характер, но, тем не менее, позволяет в боль-
шинстве случаев оценить пределы возможного изменения
скорости при повышении температуры. Число, показы-
вающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции
6
при повышении температуры на 10
о
С, называется темпе-
ратурным коэффициентом скорости реакции и обозна-
чается через
γ. Значит, γ ≈ 2-4.
В математической форме правило Вант-Гоффа пред-
ставлено уравнением:
10
1
2
1
2
1
2
tt
K
K
V
V
−
==
γ
(2)
Несмотря на небольшую величину температурного
коэффициента, увеличение скорости весьма значительно.
Например, если
γ = 3, то увеличение скорости при увели-
чении температуры на 100
о
составит 3
10
≈ 60000, т.е. ско-
рость реакции увеличивается в 60000 раз.
Более точно влияние температуры на скорость реак-
ции определяется уравнением Аррениуса:
RTEa
eAK
/−
⋅= (3)
где А – предэкспоненциальный множитель, Т – абсолютная
температура, R – универсальная газовая постоянная, Е
а
–
энергия активации данной реакции. Энергию активации
выражают в кДж/моль.
Энергия активации Е
а
– это минимальная избыточ-
ная энергия, которой должны обладать молекулы для того,
чтобы их столкновение могло привести к образованию но-
вого вещества, т.е. осуществился переход от исходных ве-
ществ к продуктам реакции. Молекулы, обладающие такой
энергией или большей, называют
активными. С ростом
температуры число активных молекул быстро увеличива-
ется, что и приводит к резкому возрастанию скорости ре-
акции.
Логарифмируя (3), получим:
RT
Ea
nAnK
−=λλ
. (4)
Выражение (4) является уравнением прямой в коор-
5 6
С(т) + О2(г) = СО2(г), при повышении температуры на 10оС, называется темпе-
чтобы реакция горения угля могла протекать, необходимо, ратурным коэффициентом скорости реакции и обозна-
чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции, чается через γ. Значит, γ ≈ 2-4.
постоянно удалялся от поверхности угля, а новые порции В математической форме правило Вант-Гоффа пред-
кислорода подходили к ней. Оба процесса осуществляются ставлено уравнением:
путем конвекции (перемещения массы газа или жидкости) V2 K 2
t −t 2 1
и диффузии. Можно выделить по меньшей мере три ста- = = γ 10 (2)
дии: V1 K 1
1) подвод реагирующего вещества к поверхности; Несмотря на небольшую величину температурного
2) химическая реакция на поверхности; коэффициента, увеличение скорости весьма значительно.
3) отвод продукта реакции от поверхности. Например, если γ = 3, то увеличение скорости при увели-
Когда процесс складывается из разных стадий, обла- чении температуры на 100о составит 310 ≈ 60000, т.е. ско-
дающих различными скоростями, то общая скорость про- рость реакции увеличивается в 60000 раз.
цесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, Более точно влияние температуры на скорость реак-
который называется лимитирующей. Лимитирующей мо- ции определяется уравнением Аррениуса:
жет быть как перенос вещества, так и собственно химиче- K = A ⋅ e − Ea / RT (3)
ская реакция. где А – предэкспоненциальный множитель, Т – абсолютная
При горении угля химическая стадия протекает быст- температура, R – универсальная газовая постоянная, Еа –
ро, лимитирующей является первая стадия: чем интенсив- энергия активации данной реакции. Энергию активации
ней подается к углю кислород или воздух, тем быстрей выражают в кДж/моль.
идет данная реакция. Очевидно, что в этом случае изме- Энергия активации Еа – это минимальная избыточ-
ренная скорость не совпадает с вычисленной по ЗДМ. ная энергия, которой должны обладать молекулы для того,
Зависимость скорости реакции от температуры. чтобы их столкновение могло привести к образованию но-
Энергия активации. При повышении температуры ско- вого вещества, т.е. осуществился переход от исходных ве-
рость химических реакций увеличивается и это увеличение ществ к продуктам реакции. Молекулы, обладающие такой
весьма значительно. Зависимость скорости реакции от энергией или большей, называют активными. С ростом
температуры определяется эмпирическим правилом температуры число активных молекул быстро увеличива-
Вант-Гоффа, согласно которому при повышении темпера- ется, что и приводит к резкому возрастанию скорости ре-
туры на каждые десять градусов скорость большинства ре- акции.
акций увеличивается в 2-4 раза. Это правило носит при- Логарифмируя (3), получим:
ближенный характер, но, тем не менее, позволяет в боль- Ea
шинстве случаев оценить пределы возможного изменения λnK = λnA − . (4)
RT
скорости при повышении температуры. Число, показы- Выражение (4) является уравнением прямой в коор-
вающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции
