Термодинамика и кинетика химических реакций и процессов

Курс состоит из двух частей. В первой части рассматривается строение вещества. Здесь проводится подход к химической системе как системе из взаимодействующих электронов и ядер, из которых формируются атомы, многоатомные частицы, а затем и макроскопические вещества. В неразрывной связи со строением описывается состояние соответствующих систем. С этой целью авторы отказались от традиционной компоновки материала. В частности, понятия внутренней энергии и энтропии вводятся в первой части курса в связи с изложением вопросов строения и состояния макроскопических систем. Это же касается некоторых понятий теории растворов, как представления о предельно разбавленном и идеальном растворе, которое связано именно с особенностями строения растворов, природой взаимодействия между частицами раствора. Вторая часть посвящена теории химического процесса. В ней рассматриваются термодинамика и кинетика химических реакций. [c.3]

В общетеоретическую часть включены вопросы строения вещества, энергетики и кинетики химических реакций, растворов, окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, а также обзор свойств элементов и их соединений. Рассмотрено строение вещества на атомном, молекулярном и надмолекулярном уровне, а также строение кристаллов. Изложены общие закономерности протекания химических реакций, в том числе основы химической термодинамики и химической кинетики. Большое внимание уделено тепловым эффектам и направленности химических реакций, химическому, фазовому и адсорбционному равновесию. Изложены кинетика гомогенных и гетерогенных реакций, цепных и фотохимических реакций и основы катализа. Освещены дисперсные системы, коллоидные и истинные растворы, большое внимание уделено растворам электролитов. Рассмотрены термодинамика и кинетика окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, коррозия и защита металлов. Выполнен обзор свойств химических элементов и их простых соединений, рассмотрены строение и свойства комплексных и органических соединений. [c.3]

Как видно из таблицы, основные составляющие затрат (сырье и материалы, энергетика, оборудование) довольно сильно зависят от вида производства. Величины расходов по этим статьям в значительной степени зависят от степени конверсии сырья, селективности и интенсивности процессов. В свою очередь, эти показатели связаны с особенностью термодинамики и кинетики химических реакций, положенных в основу данной конкретной ХТС. Таким образом, можно прийти к нетривиальному пониманию глубокой связи между экономическими затратами на процесс и основными термодинамическими и кинетическими закономерностями. [c.291]

Глава 4. Термодинамика и кинетика химических реакций и процессов [c.79]

На противоположном конце нашего ряда, во второй группе, находятся явления, которые не зависят от строения микроскопических частиц и специфических взаимодействий между ними, а следовательно, и от конкретных механизмов протекания процессов. Такие явления обусловлены интегральными свойствами характеристического ансамбля с колоссальным количеством "безликих" и независимых друг от друга участников. К ним относятся многие процессы, протекающие в газах, жидкостях, твердых телах диффузия, теплопроводность, растворимость, осмос, кинетика химических реакций и т.п. Описание поведения таких систем вне компетенции классической физики и квантовой механики. Это область равновесной термодинамики и статистической физики. Построение "науки о тепле" началось на чисто феноменологической основе с постулирования двух универсалей - принципа сохранения энергии и принципа возрастания энтропии. Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов существенно обогатили представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики его свойство - направленность, критерием которой служит знак изменяющейся по ходу необратимого процесса энтропии. [c.21]

Математическое моделирование базируется на знании физико-химических закономерностей процесса. Сюда входят данные по стехиометрии, термодинамике и кинетике химических реакций, а также данные по процессам массо- и теплопередачи. [c.78]

Опираясь на принципы термодинамики, расчеты изменения величин таких функций состояния, как, например, О, 5, Р, и законы, управляющие кинетикой химической реакции, мол<но заранее теоретически выяснить е только -принципиальную воз.можность или невозможность процесса в изолированной или неизолированной химических системах, но и те конкретные условия (t, р, катализатор, среда и т. д.), при которых возможность может стать реальной, превратиться в действительность. [c.275]

Вследствие того, что зависимости р(а) и гл а) существенным образом влияют на величину и состав материальных потоков, перерабатываемых на каждой из стадий технологической схемы, рассмотрению процессов и аппаратов, характерных для каждой стадии, предпосылается изложение некоторых вопросов термодинамики и кинетики химических реакций. [c.61]

Законы термодинамики и кинетики химических реакций дают возможность обобщить изменения энергии в каталитическом процессе с изменением скорости реакций. [c.19]

Эти вопросы являются предметом раздела физической химии, который называется кинетикой химических реакций, и представляет собой необходимое дополнение к химической термодинамике. Если термодинамика отвечает на вопрос о возможности процесса, то кинетика указывает пути осуществления его с наибольшей производительностью. Реальные металлургические процессы обычно бывают сложными и их скорости часто определяются совокупностью условий протекания не только химических реакций, но и ряда физических процессов, в первую очередь, таких как диффузия, перенос тепла и реагирующих веществ в зону реакции или отвод из нее образовавшихся продуктов. [c.165]

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ТЕРМОДИНАМИКЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ [c.360]

Кинетикой химических реакций называется учение о скоростях протекания реакций и зависимости их от различных факторов (концентрации реагирующих веществ, температуры, давления, катализаторов и т. п.). Аппарат термодинамики, как было установлено, позволяет определять меру химического сродства между реагирующими веществами и устанавливать условия химического равновесия, определяя тем самым конечный результат химического процесса. Однако термодинамика не дает никаких указаний относительно скорости достижения конечного состояния термодинамического равновесия. [c.216]

Эти реакции, на которые мы будем ссылаться при рассмотрении термодинамики и кинетики химических реакций горения и газификации, являются реакциями суммарными. В действительности, как это будет показано дальше, механизм реагирования при горении топлив значительно сложнее. Как видно из рис. 1, помимо процессов горения и газификации в газогенераторе протекают также процессы сухой перегонки и сушки твердых топлив. [c.8]

В книге изложена теория современных химических процессов переработки нефти. Рассмотрены основные положения по термодинамике, механизму и кинетике химических реакций, протекающих при термических (пиролиз, коксование) и каталитических (полимеризация, алкили-рование, изомеризация, каталитический риформинг, гидроочистка и гидрокрекинг) процессах. Даны основы управления этими процессами. [c.88]

Время установления равновесных потенциалов электродов колеблется от долей секунды до нескольких минут, что позволяет применять ионоселективные электроды для изучения термодинамики растворов электролитов (определения коэффициентов активности), а также для исследования кинетики химических реакций, диффузии и других процессов массопереноса в ионных средах. Особо важное значение приобретают ионоселективные электроды в медицине и биологии. С их помощью стало возможным следить за изменением ионного состава биологических жидкостей в динамике процессов, а также получать информацию о внутриклеточном изменении концентрации. (активности) ионов Na , Са " , Н" , С1 и др. [c.3]

Общетеоретическую базу учебника составляют учение о строении вещества, термодинамика и кинетика химических реакций, теории обменных и окислительно-восстановительных процессов. На этой базе рассмотрены основные химические системы и процессы. Больше внимания уделено наиболее общим законам и принципам химии. При изложении химической связи рассматриваются методы валентной связи и молекулярных орбиталей, как взаимно дополняющие подходы в понимании связи. Это позволило с общих позиций рассмотреть взаимодействия частиц в газах, жидкостях и твердых телах и свойства веществ в этих состояниях. При изложении химии твердого тела за основу приняты свойства тех или иных фаз. Большое внимание уделено химическим процессам на границе раздела фаз и межфазным взаимодействиям. В раздел Избранные вопросы химии , изучаемый по выбору вуза, включены химия металлов, неметаллов и полимеров, элементы органической химии, ядерно-химические процессы, а также химические идентификация и анализ вещества. Особое внимание в учебнике уделено роли химии в охране окружающей среды. Этот вопрос рассматривается практически в каждой главе и обобщается в главе Химия и экология . [c.8]

Не следует противопоставлять химическую кинетику и химическую термодинамику. На основе термодинамических закономерностей проектировщик, инженер или исследователь устанавливает в целом наиболее благоприятную, с точки зрения выхода целевого продукта, область протекания химических реакций. Химическая же кинетика позволяет в термодинамически разрешенной области рассчитать концентрации (не равновесные, а кинетические) продуктов реакций, материальный баланс, геометрические размеры реакционных аппаратов и оптимизировать технологические параметры процессов. [c.15]

При изучении термодинамики электрохимических процессов достаточно знать, что изменение энергии электрохимического элемента полностью определяется химическими реакциями на электродах. Однако при изучении кинетических закономерностей необходимо также знать механизм электродных процессов. Изменения в строении двойного электрического слоя на электродах, которые не сказываются на равновесных значениях электродных потенциалов, влияют на скорости электрохимических реакций. Поэтому при изучении кинетики электродных процессов очень важно знать потенциалы нулевого заряда, а также молекулярное строение границы электрод — раствор. [c.536]

Гл. 1 традиционно посвящена формализму кинетики элементарных реакций п вопросам термодинамики, поскольку знание формального аппарата кинетики и природы связи между кинетикой и термодинамикой совершенно необходимо для понимания существа возникающих проблем. Далее (гл. 2) рассматриваются различные аспекты физико-химического подхода, связанные в основном с микроскопической частью проблемы описания сложных химических процессов. Универсальный последовательный анализ — его структура и этапы — обсуждается р гл. 3, [c.8]

Создавая математическую модель, исследователь формализует рассматриваемый процесс или элемент, представляя его в виде математической связи между входными и выходными параметрами. Точность воспроизведения сущности рассматриваемого процесса на модели будет зависеть от степени изученности его. Составление математического описания, например, процесса получения и выделения продуктов реакции основывается на степени изученности процесса и составляющих его элементов, на знаниях о всех существенных внешних и внутренних связях. Источником этих сведений обычно являются фундаментальные исследования в области термодинамики, химической кинетики и явлений переноса. Основываясь на фундаментальных законах термодинамики, можно записать уравнения для определения тепловой нагрузки на конденсатор, подогреватель, кипятильник, найти равновесные составы химической реакции и т. д. На основе законов химической кинетики можно установить механизм реакции, определить скорости образования продуктов. Как для процесса в целом, так и для отдельных его элементов записываются фундаментальные уравнения переноса массы, энергии и момента. С точки зрения машинной реализации математического описания процесса получения и выделения продуктов реакции этой задаче свойственны причинно-следственные отношения между элементами, так как модели и реактора, и колонны в своей структуре содержат большое число взаимосвязанных подзадач. В этом смысле к математической модели технологического процесса применимы общие принципы системного анализа. [c.8]

Системы, в которых происходит обмен веществом с окружающей средой, в термодинамике называют открытыми системами. В промышленности химические процессы большей частью протекают в разнообразных проточных реакторах (реакции, протекающие в потоке). Чтобы получить представление о том, как используют методы химической кинетики при описании процессов в открытых системах, целесообразно изучить кинетику реакций в реакторах идеального смешения и в реакторах идеального вытеснения., [c.551]

В книге рассмотрены вопросы расчета химических ре-акц/1Й, протекающих в типичных для процессов химической технологии реакторах. Изложены основы кинетики гомогенных н гетерогенных процессов, приведены рекомендации по составлению материального и энергетического балансов реакторов, освещены вопросы их гидродинамики. Рассмотрена термодинамика химических реакций. Даны примеры расчетов и задачи для самостоятельного решения. Книга дополнена обзорной статьей о современных направлениях работ в области моделирования химических реакторов и исчерпывающей библиографией. [c.4]

На основе положений формальной кинетики, метода переходного состояния и законов термодинамики были получены уравнения, описывающие закономерности кинетики простейших реакций. В кинетические уравнения входят константы гетерогенно-каталитических реакций, характеризующие процессы, которые протекают на поверхности, константа равновесия хемосорбционного процесса /Сад и предельное значение адсорбции (Г ), константа скорости химического акта (/гуд), а также константы, характеризующие процессы массопереноса (О, р и р). Теория каталитического процесса, протекающего на поверхности катализатора, должна раскрывать зависимость и куц от строения и свойств катализатора и реагирующих молекул. Проблема эта очень сложная и далеко еще не решенная. [c.654]

Gottingen, Burgerstrasse 50 Директор W. Jost Направление научных исследований кинетика химических реакций процессы горения кинетика диффузионных процессов в твердом теле химическая термодинамика. [c.314]

Теплото образования и энергии связей — очень важные молекулярные константы, имеющие большое значение в термохимии, химической термодинамике и кинетике химических реакций. Обычно используются стандартные теплоты образования органических соединений из простых веществ АЯо, т. е. веществ в том виде, в каком они существуют в природе (например, твердый углерод и молекулярный водород), и атомарные теплоты образования соединений из свободных атомов в основном состоянии Теплоты образования в большинстве случаев определяются, исходя из теплот сгорания органических соединений. Для определения теплот образования необходимы и другие величины. Изменение теплосодержания при основных процессах, ккал [c.3]

Поскольку скорость (или частота) любого процесса в одном направлении (в отличие от скорости суммарного процесса) не должна зависеть от скорости обратного процесса, принцип микроскопической обратимости накладывает определенные ограничения и на неравновесные процессы, что и раосматривается термодинамикой необратимых процессов. В частности, такие ограничения возникают и для кинетики химических реакций. [c.24]

Наука о процессах и аппаратах химической технологии, а также используемые ею методы непрерывно разйкваются. В последние годы шире стали применяться достижения наук, лежащих в основе всей химической техники термодинамики, физической химии, кинетики химических реакций и математики. При изуче-йни динамики и кинетики отдельных процессов химической технологии повсеместно используется вычисли-, тельная техника. Математические методы нашли широкое применение при расчете, моделировании, контроле и управлении во всех производствах. Большое внймание taлo уделяться эффективности оборудования и экономике промышленного производства в целом. [c.6]

Конденсационные методы имеют различное технологическое оформление они получили в последние годы наиболее широкое распространение, и продолжается их дальнейшее соверщенствование. Эти способы в свою очередь часто подразделяют на физические и химические [ 1—8]. В последнем случае подразумеваются физические методы получения наночастиц при наличии химических превращений [9]. Другими словами, в химических способах основным поставщиком формируемых частиц служат химические превращения, но образование нрвой фазы обязательно связано с фазовым переходом (физическим процессом). Поэтому оба способа объединяют принципы физической химии как науки, изучающей строение вещества и его свойства в различных агрегатных состояниях, химическую термодинамику, включая термохимию и учение о равновесиях систем, растворы, в том числе и коллоидные, кинетику химических реакций, электрохимию, квантовую механику и химию. [c.28]

Специфика химической кинетики состоит в том, что элементарные процессы, лежащие в основе сдожного процесса, сопровождаются разнообразными сопутствующими явлениями (неизотермичность, неравновесность, перенос тепла и массы и т. д.), что приводит к тому, что химическая кинетика как научная дисциплина в сущности являет собой комплекс взаимосвязанных проблем на стыке термодинамики, квантовой химии (или кинетики элементарных реакций), газодинамики, статистической физики и классической механики. В связи с этим и само понятие химическая кинетика часто определяют по-разному. В самом узком смысле слова — это учение о механизме сложного процесса и его особенностях. В несколько более широком смысле — это учение об общих закономерностях любых процессов, связанных с изменением химического состава реагирующей системы независимо от причин, вызывающих это изменение,— радиоактивный распад, некоторые биологические задачи и т. д. (В атом случае для описания явлений, не связанных с изменением химиче- [c.3]

Задачами этой книги являются изложение современных данных о термодинамике, кинетике и механизмах реакций, лежащих в основе химических процессов переработки нефти, и анализ влияния различных факторов на результаты процессов. Сопоставление и анализ различных представлений о механизмах рассматриваемых реакций потребовали бы сильного увеличения объема книги. Поэтому приведены механизмы реакций, представляющиеся автору наиболее обскнованнымн в настоящее время. [c.3]

Феноменологическая термодинамика необратимых процессов применима главным образом к анализу химических реакций или таких изменений в открытых системах, для которых можно использовать понятия макроскопической скорости реакции и химического потенциала. При этом вычисление диссипативных функций основано на уравнениях химической кинетики, которые позволяют производить совместный кинетико-термодинамический анализ динамической эволюции реакционноспособной системы через вычисление скоростей и движущих сил процессов. Однако большинство из сушествующих математических моделей многих каталитических, технологических и особенно биологических систем с использованием дифференциальных уравнений могут отразить лишь отдельные стороны исследуемых процессов, но не описывают сложные реакции в совокупности. Особенно это относится к физико-химическим явлениям, лежащим в основе важнейших биологических процессов роста, развития, адаптации к внешним воздействиям и эволюции живых структур. [c.394]

Взаимосвязь между кинетикой электродных процессов и прикладной электрохимией можно наиболее наглядно показать на примере электролиза воды. Составим электрохимическую ячейку, использовав раствор серной кислоты, ртутный катод и платиновый анод. При пропускании тока через эту систему происходит выделение водорода на ртути и кислорода на платине. Минимальную разность потенциалов, необходимую для осуществления такого процесса, легко подсчитать, изучив химическую реакцию 2На+02- - 2НзО при различных температурах. Затем на основе термодинамических соотношений можно сделать вывод, что эта реакция должна протекать при разности потенциалов на электродах 1,23 В. Однако при этой разности потенциалов для накопления 1 см водорода с 1 см поверхности электрода потребовалось бы вести электролиз почти полмиллиона лет. Термодинамика, давая ответ на вопрос о принципиальной возможности того или иного процесса, не позволяет рассчитать его скорость. В рассмотренных условиях скорость электродной реакции оказывается настолько малой, что реакция практически не идет. Если увеличить разность потенциалов до 3,5 В, то выделение водорода происходит с видимой скоростью, однако к. п, д. =(1,23/3,5)100 =35%, Остальные 65% электроэнергии превращаются в теплоту. Чтобы повысить к. п. д., необходимо увеличить скорость электродных процессов. Если вместо ртутного электрода в качестве катода использовать специальным образом обработанный платиновый, то удается увеличить скорость выделения водорода в 1 млрд. раз. [c.13]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология