Градиенты концентраций в химических реакциях

Связные диаграммы совмещенных физико-химических явлений (химические реакции и диффузия в неподвижной среде). Напомним, что в терминах энергетических переменных движущей силой диффузии является не градиент концентрации, а градиент химического потенциала. Для примера рассмотрим случай простой реакции А г В, протекающей в идеальном растворе при наличии одномерной ди( к )узии компонентов в направлении оси ох. Диффузионный поток каждого компонента определяется законом Фика [c.131]

Доставка исходных веществ к поверхности электрода и отвод продуктов реакции могут осуществляться тремя путями миграцией, молекулярной диффузией и конвекцией. Миграция представляет собой передвижение ионов под действием градиента электрического поля, возникающего в электролите при прохождении тока. Молекулярная диффузия представляет собой перемещение частиц под действием градиента концентрации, возникающего в растворе при его качественной или количественной неоднородности. Конвекция представляет собой перенесение частиц растворенного вещества вместе с потоком движущейся жидкости, например при перемешивании. Отклонение потенциала под током от равновесного значения, вызванное замедленностью доставки и отвода участников реакции, называют концентрационной поляризацией. Концентрационная поляризация имеет важное значение для окислительно-восстановитель-ных процессов и меньшее значение — для разряда простых металлических ионов. Концентрационная поляризация не единственная причина отклонения потенциала электрода под током от его равновесного значения. Обычно изменение потенциала при наложении тока оказывается больше, чем концентрационная поляризация. Это является следствием торможения на стадии присоединения или отдачи электронов. Поляризация, вызванная замедленностью разряда или ионизации при протекании электрохимической реакции, называется химической поляризацией. Химическую поляризацию называют также перенапряжением. [c.204]

Поддержание градиента концентрации такого химически вполне безобидного иона, как ион натрия (или калия), позволяет клетке быть в постоянной готовности к реакции на случай повреждения (а в дальнейшем, при совершенствовании этого механизма,—уже л,ишь при угрозе повреждения). Изменение градиента концентрации служит сигналом для принятия защитных мер, прежде всего для включения механизмов синтеза пограничного вещества — липидов и белков клеточной мембраны. Необходима тонкая регулировка процесса биосинтеза элементов мембраны (как и других биосинтетических процессов — синтезов ферментов и матриц). В самом деле, избыточный синтез делает жизнь невозможной —клетка переполняется веществом, на избыточный синтез напрасно расходуется вещество и энергия. Таким образок, возникает необходимость непрерывного (пока существует опасность повреждения) поддержания готовности к реагированию, к раздражению и возбуждению. Для этого приходится все время поддерживать искусственный градиент концентрации химически безвредных сигнальных веществ — ионов натрия и калия. Постоянная боевая готовность клетки обычно сопряжена с непрерывным расходом энергии. В неблагоприятных солевых условиях расходы на поддержание необходимого градиента могут превысить возможности клетки. Тогда становится дешевле похоронить, чем прокормить .... На этом основано использование в качестве консервирующего средства поваренной соли —в сильно соленой среде истощаются и гибнут нежелательные нам микроорганизмы. Поэтому безжизненны резко соленые водоемы и столь мало пригодны для жизни солончаки (см., однако, стр. 141). [c.98]

Диффузия реагентов, первоначально присутствующих в фазе 2, и (или) продуктов реакции в пределах собственно фазы 2, обусловленная градиентом концентраций за счет протекания химической реакции. [c.13]

Действительная глубина проникновения почти равна (О/р) / . В самом деле, химическая реакция всегда вызывает более крутое увеличение градиента концентраций на единице расстояния вблизи поверхности раздела фаз. [c.23]

О. Градиенты концентрации в химических реакциях [c.386]

Сложность процесса горения обусловлена тем, что химические реакции протекают в условиях быстро изменяющихся температур и концентраций реагирующих веществ, причем температура и градиент концентраций изменяются также под влиянием одновременно протекающих физических процессов тепло-и массообмена и различных газодинамических возмущений. В тепловых двигателях, работающих на жидком топливе, процесс горения осложняется одновременно протекающими физическими процессами испарения капель распыленного топлива и смешения паров топлива с воздухом. [c.112]

Химическая реакция протекает сравнительно быстро. Действительно, ни в одной из подобных систем, изученных экспериментально до настоящего времени, скорость реакции не является лимитирующей, но хорошо известны примеры, когда стадией, определяющей скорость процесса, служит диффузия в жидкой или твердой фазе. Известны также случаи, где оба эти фактора представляют собой величины одинакового порядка. Технологический расчет ионообменников отчасти осложнен тем, что процесс проводится обычно в неподвижном слое и поэтому протекает нестационарно при непрерывно изменяющихся градиентах концентраций . [c.177]

Когда химическая реакция сопровождается продольной диффузией вещества, ее изменение влияет на градиент концентрации. Считая, что первый член уравнения (111,2) мал по сравнению с остальными, получаем [c.225]

Независимо от типа катализаторов первичным актом химического превращения, протекающего на их поверхности, является адсорбция реагентов, поэтому активность гранулы катализатора зависит не только от химического состава активных компонентов, но и от структуры кристаллической решетки, конфигурации и размера пор и их распределения. Существенное значение имеют также эффекты, связанные с транспортом массы и тепла необходимо учитывать влияние возникающих градиентов концентраций и температур. Таким образом, необходимо детальное изучение адсорбционных процессов, сопутствующих химическим реакциям. [c.21]

Если в результате недостаточно интенсивного перемешивания или недостаточной скорости диффузии реагентов к поверхности раздела фаз и продуктов реакции от поверхности раздела фаз в системе возникает градиент концентрации реагентов или продуктов, то скорость может оказаться и не пропорциональной 5/1/. Поэтому строго можно утверждать лишь, что скорость гетерогенного гомофазного процесса зависит от отношения величины поверхности раздела фаз, на которой проходит химическое превращение, к объему реакционной смеси, не оговаривая при этом вид зависимости. [c.36]

Скорость массопередачи увеличивается благодаря химической реакции на рис. У-З, например, градиенты концентраций компонента А на границе раздела фаз возрастают в направлении 1—2—3 так же, как увеличивается скорость реакции. Многие исследования в этом направлении показывают, что отношение скорости массопередачи в системах, где протекает химическая реакция, к скорости физической массопередачи не зависит от механизма собственно массопередачи. Это дает возможность почти количественно исследовать влияние химической реакции на массопередачу, основываясь на простейшей, но нереальной модели стационарной диффузии через ламинарную пленку. [c.162]

Химическая реакция как лимитирующая стадия процесса. На рис. ХП-7 показана кривая градиента концентрации вещества А внутри зерна твердого материала для случая, когда скорость процесса целиком определяется химической реакцией. Поскольку по условию течение реакции не зависит от наличия какого бы то ни было слоя золы , количество реагирующего вещества пропорционально активной поверхности невзаимодействующего ядра. Отсюда скорость реакции, которая соответствует схемам (XII,1)—(XII,3), отнесенная к единице поверхности ядра частицы, характеризуется соотношением [c.338]

Обозначения Т, Гщ, Го — температуры слоя, на входе в слой и начальная с, Сщ, Со — соответствующие значения концентрации реагента в газовой смеси в слое на входе и начальное ц — линейная скорость потока газовой смеси, отнесенная к полному сечению слоя W T, с) —скорость химической реакции АГа — адиабатический разогрев смеси при полной степени превращения I, L —текущая и общая длина слоя катализатора Я — эффективный коэффициент продольной теплопроводности слоя Сел — средняя объемная теплоемкость слоя катализатора Ср — средняя объемная теплоемкость реакционной смеси е — пористость слоя катализатора у = = Ср + Ссл D — эффективный коэффициент диффузии реагента в газовой смеси. Эта модель удовлетворительно описывает процессы в адиабатическом слое катализатора при таких предположениях градиенты температур внутри зерен катализатора незначительны химические процессы па внутренней поверхности зерен и диффузионные процессы внутри пористых зерен квазистационарны по отношению к процессам переноса в газовой фазе процессы межфазного тепло- и массообмена настолько интенсивны, что температура и. концентрация реагента в твердой и газовой фазе неразличимы. [c.100]

Пламя является пространством, в котором развивается гомогенная химическая реакция в газовой фазе. В зоне пламени продукты реакции с большой тепловой и химической энергией (свободные радикалы) имеют тенденцию диффундировать по направлению к зоне несгоревших газов. Вследствие температурного градиента (50 ООО град см) и предельной концентрации, возрастаюш,ей в зоне [c.82]

Вследствие протекания химической реакции во всей массе зерна, внутри зерна катализатора создается градиент концентраций. При этом эффективность работы катализатора ниже той, которая была бы достижима при равнодоступной внутренней поверхности. Перенос вещества внутри пор катализатора обусловливается внутренней структурой последнего, а также молекулярно-кинетическими свойствами газов (размером, скоростью, длиной свободного пробега молекул и т. д.). [c.56]

Когда диффундирующий компонент исчезает вследствие химической реакции, то скорость этого исчезновения, или скорость химической реакции, можно представить градиентом концентрации по времени. В случае необратимой реакции первого порядка [А- В] скорость такой реакции выражается уравнением химической кинетики [c.566]

Из-за различия температур химический процесс в разных участках реакционной смеси идет с различной скоростью, в результате чего возникают градиенты концентраций и, следовательно, диффузия. Поэтому для компонента реакции А, в соответствии с (УП. 31) [c.393]

Закрученное течение газовых потоков обладает не только полем центробежных сил, градиентом давления и температуры, но и устойчивой структурой. Наличие этих свойств может быть с успехом использовано для интенсификации химических реакций. Зная кинетику и динамику течения этих процессов, можно усиливать или ослаблять различные стадии химических превращений при проведении их в условиях высокоскоростного течения закрученных газовых потоков. Для исследований были выбраны химические реакции и процессы, эффективность которых связана со скоростью диффузии реагирующих компонентов к поверхности катализатора и удаления образующихся продуктов из зоны реакции со степенью активности перемещения реагентов в объеме и равномерностью концентрации одного из компонентов по длине реакционной зоны. [c.245]

В случае гетерогенного гомофазного процесса, идущего на поверхности раздела фаз, изменение объема реагентов само по се,бе не изменяет числа актов химического превращения. В этом случае скорость реакции обратно пропорциональна объему системы. В то же время увеличение поверхности 5 раздела фаз должно привести к увеличению числа актов химического превращения, т. е. к увеличению скорости реакции. Если в системе обеспечено достаточно интенсивное перемешивание и не создается градиента концентрации в пределах реактора, то скорость должна быть пропорциональна 5. Следовательно, в такой системе [c.36]

Диффузионный режим — такие условия проведения реакции, когда скорость химической реакции определяется или зависит от скорости диффузии реагентов самодиффузии, если реагенты распределены равномерно по объему реактора и скорость реакции определяется скоростью встречи частиц реагентов, и диффузии, если существует градиент концентрации и происходит взаимная диффузия реагентов. [c.10]

Кинетика химических реакций изучается в специально созданных условиях, при которых процессы массо- и теплопереноса не искажали бы протекания химического процесса. Реакция проводится в изотермических условиях, когда скорость теплопереноса и теплоотдачи в системе много больше скорости выделения или поглощения теплоты вследствие протекания химической ракции. Реагенты смешиваются заранее, так что концентрация реагентов одинакова по объему реактора. Если система двухфазная, то интенсивное перемешивание обеспечивает очень быстрый массоперенос, так что не возникает градиент концентраций. [c.313]

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]

Первый член правой части уравнения представляет собой полный поток массы, проходящей через элемент в результате наличия градиента концентрации второй член выражает массу реагирующего вещества, исчезающего из потока в результате химической реакции со скоростью Я у в объеме элемента В ус- [c.109]

В гетерогенных системах возникают дополнительные трудности, это обусловлено неодинаковой интенсивностью химических реакций в различных точках системы. Это порождает градиенты концентраций и соответственно различные потоки веществ в реакционном объеме. Поскольку химические реакции обычно протекают с выделением или поглощением теплоты, одновременно возникают градиенты температур и тепловые потоки. Процессы переноса вещества и теплоты изменяют распределение концентрации веществ и температуры в системе и таким образом влияют на скорость собственно химических реакций. [c.157]

И, наконец, общеизвестно большое преимущество лабораторных рециркуляционных реакторов, в которых создаются условия для изучения кинетики химических реакций и поведения катализаторов при минимальных градиентах концентрации и температуры между началом и концом реактора. [c.14]

В 8.1 анализ Зельдовича и Франк-Каменецкого (1938) продемонстрировал основное явление, связанное с распространением фронта пламени распространение фронта пламени предварительно перемешанной смеси обусловлено процессами диффузии, необходимые градиенты поддерживаются химической реакцией. В случае пламен предварительно не перемешанной смеси горючее и окислитель диффундируют к фронту пламени благодаря градиентам концентраций, поддерживаемым химическими реакциями. Фронт пламени не может распространяться в сторону горючего без окислителя или в сторону окислителя без горючего. В результате фронт пламени локализован на границе раздела горючее-окислитель. Физика, лежащая в основе этого явления, очень проста. Горючее и окислитель диффундируют в зону пламени, в которой химические реакции преобразуют их в продукты реакции, что сопровождается выделением энергии. Продукты реакции диффундируют, а энергия рассеивается из зоны реакции как в горючее, так и в окислитель. [c.152]

Уравнения (15.68) и (15.69) внешне не отличаются от уравнения (15.6), выведенного ранее в предположении замедленности диффузии. В обоих случаях раствор вблизи электрода может оказаться полностью освобожденным от восстанавливаемых частиц, что резко увеличивает поляризацию (т1- -с ) и устанавливает предел росту плотности тока (/->/г)- В условиях диффузионных ограничений компенсация разрядившихся частиц происходит за счет их постушления из толщи раствора под действием градиента концентрации, возникающего внутри диффузионного слоя б. Предельная диффузионная плотность тока отвечает в зтом случае максимально возможному градиенту концентрации и является функцией коэффициентов диффузии реагирующих частиц. В условиях замедленности чисто химического превращения восполнение разряжающихся частиц совершается за счет химической реакции, протекающей в непосредственной близости от электрода или на его поверхности. Предельная реакционная плотность тока /г должна быть функцией констант скорости соотнетствующих химических превращений. Определение величин /г н установление закономерностей химического перенапряжения дает основу для изучения кинетики быстрых химических )еакций электрохимическими методами. [c.324]

Для теоретического определения области протекания процесса необхо-димс оценивать скорости диффузии и химической реакции отдельно, как скорость независимых процессов. Отношение определенных таким образом скоростей указывают область протекания процесса в целом. Так следует поступать потому, что при установившемся течении реакции скорость диффузии становится равной скорости реакции, независимо от режима процесса, т. е. это равенство наблюдается в кинетической, диффузионной и переходной Областях. При стационарном протекании реакции термин диффузионная область вовсе не означает, следовательно, что действительная скорость реакции на реакционной поверхности больше скорости диффузии к этой поверхности. Обе эти скорости равны, но благодаря медленному притоку веществ к поверх 10сти скорость химической реакции на поверхности принудительно становится равной скорости диффузии. Концентрация вещества на поверхности прн этом мала, а градиент концентрации вблизи поверхности оказывается большим. И, наоборот, в кинетической области, где независимо определенная скорость диффузии значительно превышает скорости реакции, равенство скоростей диффузии и реакции наблюдается при мало отличающихся значениях концентраций реагирующих веществ в объеме и на поверхности. [c.313]

М. X. Кишиневский считает что малая чувствительность расчетных значений ускорения абсорбции, вызванного химической реакцией, к различным упрощениям действительной гидродинамической картины вызвана тем, что коэффициент ускорения характеризует соотношение двух градиентов концентрации у свободной поверхности жидкости — при наличии реакции и без нее. Конечно, рассчитанные на основе той или иной модели значения этих градиентов тем менее точны, чем болееютличается принятая модель от реальной картины. Тем не менее в некоторых случаях отношение этих рассчитанных градиентов для абсорбции с химической реакцией и без нее может мало отличаться от истинного сделанные упрощения при этом не влияют существенно на величину коэффициента ускорения. [c.107]

Во-первых, это неоднородности, имеющие пространственный масштаб, соизмеримый с размерами зерна катализатора. Они возникают при обтекании потоком частицы, имеющей точки контакта с соседними частицами в слое, и обусловливают неравно-доступиость поверхности частицы [5]. Условия прилипания среды к частице, течение среды в каналах переменного сечения мелч ду частицами, а также химическая реакция на зерпе вызывают образование нормальных к поверхности частицы градиентов скорости, температуры и концентрации. Гидродинамическая картина течения потока в засыпке шаров подробно исследована экспериментально [6]. Показано, что переход от ламинарного [c.4]

Диффузия — это перемещение вещества в результате хаотического движения частиц, обусловленного кинетической энергией, или направленного движения их, определяемого градиентом концентрации или химического потенциала. В последнем случае диффузия протекает в сторону меньшей концентрации или большего химического потенциала. Движущей силой диффузии, как и любой другой реакции, является разность термодинамических потерщиалов. Механизм диффузии в твердых телах достаточно сложен. Согласно начальным представлениям (Хевеши), процесс диффузии рассматривался как попарный обмен местами соседних элементов решетки при их тепловом движении. Однако впоследствии появились другие взгляды (Иоффе) на механизм перемещения вещества в кристаллической решетке, послужившие основой для количественной теории диффузии (Френкель, Вагнер, Шоттки). [c.205]

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]

Макрокинетика топохимических реакций. Изложенное относилось к реакциям, протекающим в кинетической области, когда процессы переноса вещества и теплоты происходят настолько быстро, что не влияют на кинетику процесса. Однако создать такие условия в олыте в большинстве случаев затруднительно, поэтому при осуществлении реакций в промышленности условия чаще всего соответствуют переходной области. В связи с этим в реакционном пространстве возникают градиенты концентраций и температуры и, соответственно, потоки вещества и теплоты. Изучение переноса вещества и теплоты в химическом процессе составляет предмет макрокинетики. [c.173]

Целесообразность использования соотношений (III. 52) подтверждается большим числом опытных данных для весьма различных процессов. Для примера можно упомянуть законы Ома о пропорциональности электрического тока градиенту потенциала Фурье о пропорциональности потока теплоты и градиента температуры Фика о пропорциональности потока вещества и градиента концентрации и т. д. На возможность возникновения потока под влиянием несопряженной ему силы указывают такие перекрестные явления как эффекты Соре (возникновение потока вещества под влиянием grad 7"), Дюфура (возникновение потока теплоты под влиянием grade), термоэлектрические эффекты, электрокинетические явления и др. Границы применимости линейных законов для процессов перечисленного типа оказываются, как показывает опыт, весьма широкими. Заметим однако, что в случае химических реакций согласно простым оценкам по закону действующих масс линейные законы достаточно точны лишь при относительно небольших отклонениях от состояния химического равновесия. [c.141]

До сих пор рассматривались идеальные предельные случаи, в действительности часто в реакторе устанавливается некоторый градиент концентрации и происходит диффузия реагирующих веществ вдоль потока. Кроме того, в результате реакции может измениться объем реагирующей смеси, что приведет к изменению скорости потока вдоль реактора. Если взять в реакторе какой-либо слой, то изменение концентрации в этом слое происходит за счет трех факторов 1) диффузии вдоль потока 2) потока вещесг-ва 3) химической реакции. [c.267]

Исследование гетерогенных химических реакций проводят в проточно-циркуляционных установках, представляющих собой реакторы с малой степенью превращения вещества С,- и с принудительной щирк ляцией реагентов. Режим циркуляции выбирается таким, чтобы в объеме реактора практически отсутствовали градиенты температуры и концентраций. В процессе проведения экспериментов изменяют начальные концентрации реагентов jo, время пребывания 0 остается постоянным. Скорость реакции по веществу С,- в проточно-циркуляционном реакторе определяется по формуле (X. 1,а), результаты экспериментов представляются таблицей соответствий ( . / = U 2,. .., п Я, = 1, 2,. .., d). [c.256]