ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика гетерогенных реакций и катализ из "Физическая химия" Гетерогенными называются реакции, происходящие между веществами, находящимися в различных соприкасающихся фазах. Такие реакции чрезвычайно распространены в природе и технике. [c.359] Первая стадия заключается в переносе реагирующих веществ к поверхности раздела фаз — реакционной зоне. [c.359] Второй стадией является собственно гетерогенная химическая реакция (например, окисление фосфора, растворенного в жидкой стали, продуваемым через нее кислородом, или восстановление окислов металлов водородом). [c.359] Третья стадия заключается в отводе продуктов реакции из реакционной зоны. Так как скорости процессов во всех стадиях пропорциональны величине поверхности, то скорости гетерогенных реакций должны зависеть от отношения между величинами поверхности раздела фаз и объема. Стадией, определяющей скорость (контролирующей процесс), является наиболее медленная. Процессы переноса реагирующих веществ, осуществляющиеся на первой и третьей стадиях, называются массопередачей. [c.360] Внутренняя диффузия представляет собой ряд параллельных процессов. Одним из них является обычная диффузия газов по капиллярам сравнительно большого радиуса другим — капиллярная диффузия по узким капиллярам. Если длина свободного пробега больше диаметра капилляра, то диффузионное блуждание молекул определяется не столкновениями между собой, а столкновениями со стенками (см. гл. XIV). Третьим процессом является поверхностная диффузия, осуществляющаяся адсорбированными молекулами по стенкам капилляров. Помимо этого, возможна диффузия в твердом состоянии через образовавшийся слой продукта реакции (железа). [c.360] Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется скоростями отдельных его звеньев или стадий. Как указывалось выше, если скорость одной из последовательных стадий процесса значительно меньше других, то суммарная скорость определяется скоростью этой наиболее медленной стадии. Если же скорости отдельных стадий сравнимы между собой, то суммарная скорость реакции не обязательно должна быть равна скорости самой медленной стадии, так как все стадии взаимно связаны. Протекание более быстрых стадий может оказывать влияние на скорость медленной стадии. [c.360] Если наиболее медленным звеном процесса является подвод реагирующих веществ к зоне реакции или отвод из нее продуктов реакции, то кинетика суммарного процесса будет диффузионной. [c.360] В химическом, ИЛИ физическом превращении, то скорость процесса определяется скоростью реакции, и процесс лежит в кинетической области. [c.361] Такое распределение концентрации осуществляется, например, при диффузии газов через диафрагмы. [c.361] В металлургической практике встречаются случаи, когда про цесс заключается в диффузии вещества к поверхности, на которой оно вступает в химическую реакцию. Поток диффузии пропорционален, как это было показано, градиенту концентраций. [c.363] Покажем, что скорость химической реакции первого порядка пропорциональна разнице фактической и равновесной концентраций. [c.363] Таким образом, суммарное сопротивление складывается из диффузионного и химического. Предположим сначала, что Р к. Это означает, что в уравнении (XVIII. 14) можно пренебречь величиной к по сравнению с 1/р и Реум = Р, т. е. процесс идет в дж )фузионной области. [c.364] В этом случае, как следует из уравнения (XVIII.11), намного меньше Со (стремится к нулю), т. е. имеет место градиент концентрации углерода в металле. Если же, наоборот, /г р, то суммарная скорость определяется скоростью химической реакции. В этом случае из уравнения (XVIII.11) следует, что С = Со и, следовательно, отсутствует градиент концентрации углерода. Попутно отметим, что рассмотренная химическая реакция сама является сложным процессом и представляет собой совокупность ряда элементарных актов, включающих адсорбцию молекул водорода на поверхности железа, образование на ней промежуточных радикалов — СН, СНа, СНд и, наконец, метана, который десорбируется С поверхности. [c.364] Рассмотрим соотношение между суммарными и частными сопротивлениями при протекании процессов с параллельно идущими стадиями. Схематически пример такого процесса с тремя параллельными стадиями представлен на рис. XVIII.2. [c.364] Таким образом, в процессах с параллельно протекающими стадиями общая проводимость равна сумме проводимостей отдельных процессов. Если величины Р1, Ри, Рш. ... сильно отличаются друг от друга, то скорость процесса будет определяться скоростью наиболее быстро протекающего процесса. [c.365] Из сказанного следует, что первая задача при изучении кинетики сложных процессов — установление лимитирующих стадий. [c.365] Вернуться к основной статье