30. Скорость гетерогенной химической реакции.
Гетерогенные (многофазные) реакции происходят на поверхности раздела соприкасающихся фаз. Сюда относятся такие процессы, как горение топлива, окисление металлов кислородом воздуха, растворение газа в жидкостях.
Скорость реакций зависит от размеров и состояния поверхности раздела фаз.
Многостадийны:
1)р-я на пов-ти раздела фаз
2)подвод реаг-ов
3)отвод реаг-ов
Эти стадии протекают посл-но,а ск-ть опр-ся наиболее медленной стадией.
Если медл.стадия х.р.,то данный пр-с протекает в кинет.обл-ти.Если подвод реаг-ов в-в наиболее медл.стадия,то ск-ть опр-ся з-нами диффузии.
Первый закон диффузии.
Масса веществ
переносимого путем диффузии в направлении
х через перпендикулярную этому направлению
площадку, пропорциональна коэффициенту
диффузии D,
площади S,
времени
и градиенту концентрации
Скорость диффузии
Знак «-» указывает, что процесс диффузии направлен в сторону понижения концентрации.
Е – энергия
активации.
Второй закон
диффузии выражает
зависимость изменения концентрации в
объеме одной из соприкасающихся фаз от
времени:
___________________________________________
Стационарная диффузия.
При СД концентрация
меняется только с расстоянием (х), от
времени – нет.
=>
а – градиент концентрации.
Эффективный путь диффузии.
при
толщина диффузионного
слоя.
Уравнение стационарной диффузии.
коэффициент
массопередачи
Расс-им гетерогенную р-ю 1-го порядка: А(г)+В(т)=D(г)
1 стадия-транспорт реагента на пов-ти путем диффзии
2стадия-химич.р-я.
3 стадия-нет накопления исх.в-в и прод-ов р-и.
__________________________________________
Скорость растворения твердого тела в жидкостях.
Поверхность твердого
тела – S,
концентрация насыщенного раствора -
концентрация
в объеме раствора -
толщина диффузионного слоя -
Скорость растворения значительно больше скорости диффузионного переноса вещества в объем раствора.
Количество вещества, растворяющегося в единицу времени, - L.
Фактически скорость
процесса
k
– константа скорости,
Уравнение стационарной
диффузии:
32. Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ.
Изменение скорости реакции под действием некоторых веществ (катализаторов) - катализ.
К-р не влияет на эн-ю Гибса,а значит не влияет на константу равновесия: ∆G= -RTlnKp ,т.е.к-р скоряет наступл-е равновесия в сист.,поэтому к-р в одинак.
сист.в одинак.ст.ув-ет ск-ть как прямой,так и обратной р-и,а значит не влияет на выход продукта.
К-р уменьшает полную эн-ю активации пр-са,т.к.каталит.пр-с идет по др.пути,чем пр-с без к-ра.
К-ры избирательны,т.е.для каждого пр-са свой х-р.
_______________________________________
Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В первом случае реагирующие вещества и катализатор составляют одну фазу.
Пример:
Скорость реакции прямо пропорциональна количеству катализатора.
Механизм можно объяснить образованием промежуточных нестойких соединений. Реакции идут с меньшей энергией активации => быстрее.
Пример:
Во втором случае – разные фазы.
Пример:
Имеет значение не количество катализатора, а состояние его поверхности.
Катализатор чаще всего находится в твердой фазе.
Твердые катализаторы – оксиды, сульфиды, металлы и соли.
Иногда достаточно простого контакта для огромного увеличения скорости.
Пример.
при добавлении
Твердые катализаторы могут терять свою активность под действием каталитических «ядов» - соединений мышьяка, фосфора, цианидов, сероводорода, ацетилена, кислорода.