Особенности кинетики реакций на неоднородных поверхностях

Чтобы выявились особенности кинетики на неоднородной поверхности, контролирующая полоса должна прийти в движение. Это происходит при отравлении активных участков. Оговоримся, что под термином яд будем понимать реагент, продукт реакции или примесь, способные интенсивно сорбироваться на участках активной поверхности, закрывая доступ к ним реагентов. Возможно сочетание следующих условий отравление обратимо или необратимо энергия активации реакции Е и теплота адсорбции яда меняются симбатно или антибатно, или же корреляция между ними отсутствует. Случай симбатности величин Е малоинтересен. Яд сорбируется на наименее активных участках, и отравления фактически не происходит, пока концентрация яда не достигла критического (очевидно, весьма высокого) значения. При отсутствии корреляции ж Е яц, сорбируется с одинаковой вероятностью на участках поверхности с различными значениями Е, контролирующая полоса остается неподвижной и только активность катализатора постепенно падает со временем при необратимом отравлении и приходит к пониженному стационарному состоянию, зависящему от концентрации яда, при обратимом. При том и другом характере взаимосвязи между Е энергия активации сохраняет постоянное значение в течение всего процесса и кинетика остается лангмюровской. [c.86]

Особенности кинетики реакций на неоднородной поверхности не исчерпываются, однако, простым изменением формы изотермы адсорбции. Поверхность, неоднородная по теплоте адсорбции, должна быть неоднородна и кинетически. Будем считать, следуя Рогинскому [14], что в ходе процесса зависимость скорости реакции от концентраций реагентов остается неизменной на всех участках и температурная зависимость скорости реакции по-прежнему описывается уравнением Аррениуса. При этом величина предэкспонента постоянна на всех участках, а значение энергии активации распределено по некоторому закону. Все эти допущения являются дискуссионными, но в первом приближении они достаточны, так как главным эффектом действия катализатора обычно бывает именно изменение энергии активации реакции. [c.86]

Особенности кинетики реакций на неоднородной поверхности не исчерпываются, однако, простым изменением формы изотермы адсорбции. Поверхность, неоднородная по теплоте адсорбции, должна быть неоднородна и кинетически. Будем считать, следуя С. 3. Рогинскому [15], что зависимость скорости реакции от концентраций реагентов остается неизменной на всех участках и температурная зависимость скорости реакции по-прежнему [c.107]

Особенности кинетики реакций на неоднородных поверхностях [c.204]

Существенной особенностью той трактовки кинетики реакций на поверхностях, которая была здесь вкратце представлена, является постулат о существовании определенного вида связи между кинетическими и адсорбционными характеристиками различных мест неоднородной поверхности, а именно связи, выражаемой уравнением [21]. Этот постулат устанавливает определенное соответствие между уравнениями, описывающими адсорбционное равновесие, и кинетическими уравнениями. Опирающаяся на него теория кинетики гетерогенных каталитических процессов дала возможность установить рациональные кинетические уравнения для важнейших контактных процессов химической технологии—синтеза аммиака, окисления сернистого газа, конверсии окиси углерода, чего не в состоянии была сделать прежняя теория Лэнгмюра — Хиншельвуда — Шваба. [c.65]

В гетерогенном катализе внутренняя сложность может иметь своим источником неоднородность поверхности, участие в каталитическом процессе нескольких или многих стадий и нескольких или многих направлений, выход реакций в объем и т. д. С неоднородностью нельзя не считаться. Ее значение и многообразие проявлений делается с каждым годом все более очевидным. Причем все явственнее становится большая роль качественной химической неоднородности. Неоднородность обусловливает множество характерных явлений в равновесиях и кинетике адсорбции и особенно в кинетике каталитических реакций. Неоднородность поверхности можно уменьшить, работая с модельными твердыми телами, например с монокристаллами. Но она часто появляется в результате самой каталитической реакции и может быть необходимой для осуществления ее определенных стадий. Часто полезное модифицирование обусловлено созданием особых форм неоднородности на поверхности катализатора. Но наряду с этим на поверхности твердых катализаторов обычно присутствуют нежелательные активные центры, вызывающие вредные побочные реакции и снижающие селективность катализа. В этом отношении гомогенные катализаторы имеют несомненное преимущество. [c.6]

Выявление особенностей кинетики реакций на неоднородных поверхностях, даже для простых реакций, произойдет, когда в ходе реакции контролирующая полоса придет в движение. Это имеет место, когда существует антибатная зависимость между теплотой адсорбции тормозящего реакцию вещества (блокиратора) и энергией активации реакции. Если, наиример, таким блокиратором является один из продуктов реакции, то по мере его накопления он будет все больше занимать участки с малой энергией активации, контролирующая полоса сдвинется и это будет аппроксимироваться высоким показателем степени при концентрации блокиратора в знаменателе кинетического уравнения. Если антибатное соотношение энергии активации и теплоты адсорбции имеет место для реагента, то это приведет к появлению дробного показателя степени при концентрации реагента в числителе кинетического уравнения. И в том, и в другом случае конкретный вид кинетического уравнения будет определяться эмпирически и занизь [c.54]

Представления об энергетической неоднородности поверхности катализатора были использованы М. И. Темкиным при изучении кинетики многих каталитических реакций и особенно синтеза аммиака. Разработанная им теория объясняет наблюдаемые на опыте дробные порядки реакций. Для процесса синтеза аммиака М. И. Темкин вывел общепринятое в настоящее время кинетическое уравнение, при помощи которого можно объяснить результаты более ранних исследований, а также и поздних исследований, не получивших до этого определенного истолкования. М. И. Темкин установил, что при синтезе аммиака на железном катализаторе единственным адсорбирующимся газом является азот и скорость реакции определяется скоростью его адсорбции. При выводе уравнения было учтено, что активные центры отличаются своими энергетическими характеристиками и на разных активных центрах адсорбция идет с различной скоростью. Упомянутое выше уравнение для скорости синтеза аммиака, находящееся в прекрасном согласии с опытом, имеет вид [c.278]

Этот раздел посвящен рассмотрению кинетики адсорбции на энергетически неоднородных поверхностях. Если каталитическая реакция происходит на такой поверхности, то уже становится невозможным говорить о какой-то определенной стадии, лимитирующей скорость процесса, ибо в этом случае имеется целый спектр центров, характеризующихся различными энергиями. Некоторые из этих центров могут способствовать протеканию одной стадии реакции, а другие — иной ее стадии. Одна из основных особенностей, проявляемых гетерогенным катализатором, заключается в увеличении скорости протекания данного процесса благодаря уменьшению энергии активации. Эта особенность неразрывно связана с энергией адсорбции активированного комплекса чем эта адсорбция сильнее, тем меньше энергия активации адсорбции, но при этом более значительная энергия активации требуется для десорбции продуктов. Лишь только на некоторой части поверхности энергии активации будут иметь оптимальное значение. Таким образом, энергия адсорбции активированного комплекса на оптимальном центре поверхности должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить протекание реакции на поверхности, но и не слишком большой, чтобы не воспрепятствовать десорбции продуктов. [c.58]

Особенные трудности возникают при исследованиях границы твердый электрод — электролит. Эти трудности связаны с тем, что неоднородность твердой поверхности и недостаточная гладкость ее вносят вклад в частотную зависимость импеданса, вклад, часто неопределенный. В связи с этим обычно идут по пути выбора условий, в которых электрическая эквивалентная схема была бы возможно более простой. Это приводит к тому, что в электрохимии задачи исследования двойного электрического слоя и изучения кинетики электродных реакций обычно решаются раздельно. [c.27]

Последнее обусловлено стадийным протеканием процесса и установлением адсорбционно-химического равновесия быстрых стадий, как это быхо подробно рассмотрено в предыдущей главе. Такая особенность кинетики реакций с торможением продуктами была впервые отмечена на примере процессов на неоднородных поверхностях [436], в частности для синтеза аммиака [436, 501]. [c.207]

До сих пор мы рассматривали особенности кинетики каталитических реакций, обусловленные наличием последовательных стадий. Однако для гетерогенного катализа очень характерны параллельные реакции. Мы затрагивали этот вопрос без вывода соответствующих уравнений, разбирая селективность каталитических реакций (см. стр. 31). В более общем виде, с концентрацией внимания на различиях в количественных характеристиках адсорбционных и химических стадий, этот вопрос рассматривается в статистической теории процессов на неоднородных поверхностях [8]. Как указывалось в первом параграфе этой главы, при изучении равновесий и кинетики поверхностных процессов целесообразно исходить из вида распределения р х) активных участков по — теплотам адсорбции, характера образования различных поверхностных и промежуточных форм и соответствующих энергий активации Е. Из этих р (Q) и р (Е) легко получить р ( ) и р (к) распределение по константам равновесия и константам скоростей. Из-за вхождения в уравнения для К як энергетических множителей в виде показательных функций ехр (QIRT) и ехр —E/RT) в большинстве случаев особенности процессов и равновесий определяются расположением сравнительно узких (— 3RT) контролирующих полос и чувствительностью этого расположения к внешним параметрам (t, и т. д.). Применим эти представления к процессам с разными типами контролирующих стадий, предпослав рассмотрению катализа ознакомление с адсорбционными равновесиями и кинетикой адсорбции на широко неоднородных поверхностях. [c.70]

Кинетика реакций на неоднородной поверхности. Как мы видели при рассмотрении адсорбционных явлений при катализе, поверхность катализаторов в действительности неоднородна, что особенно заметно при средних ее заполнениях. Поэтому кй-нетика Лэнгмюра — Хиншельвуда справедлива лишь при малых и больших заполнениях поверхностей. Применение ее в других случаях может привести к неудовлетворительным результатам или к аппроксимации экспериментальных данных определенным типом уравнений, в которых константы скорости и ад- сорбционные коэффициенты — величины кажущиеся, а само уравнение описывает опыты в сравнительно узкой области изменения параметров. - [c.295]

С несколько иных позиций рассмотрена кристаллизация тугоплавких металлов из газовой фазы. Кристаллизация металлов, в особенности тугоплавких металлов, характеризующихся высокой энергией связи, существенно отличается от процессов вакуумной конденсации металлов за счет наличия в суммарном процессе кристаллизации гетерогенной химической реакции, которая сама является весьма сложным и многостадийным процессом. Д.ля понимания механизма гетерогенных процессов особое значение имеет рассмотрение их с учетом энергетической неоднородности поверхности, на которой протекают элементарные акты реакции. Достаточно указать на те фундаментальные результаты, которые получены С. 3. Ро-гинским в работах по кинетике адсорбции и химических реакций на неоднородных поверхностях. Эти исследова- [c.7]

Дпя большинства металлов в реальных условиях электрохимическая коррозия протекает гетерогенно-электрохимическим путем, т.е. через локальные элементы. Разные точки поверхности металлов различаются энергией и свойствами, что отражается на кинетике электрохимической реакции. Особенно много таких зон возникает, когда металл содержит инородные включения (рис. 3.4). При наличии электролита с высокой элктропроводностью на этих неоднородностях появляются местные гальванопары, теорию которых разрабатывали де ля РиБ, А.К. Фрумкин, Ф.И. Гизе, H.A. Изгарышев, Г.В. Акимов, А.И. Голубев и др. Однако в том случае, когда интересует только общая величина коррозии, а не распределение ее по поверхности, всю корродирующую поверхность можно считать однородной. Следует иметь в виду, что при такой замене средняя скорость коррозии не определяет опасность коррозионных разрушений (может иметь место питтинговая коррозия). При этом скорость коррозии характеризуется ано,дной плотностью тока Л = //5а, где 5 - площадь анода. Причины появления неоднородности металлов - макро- и микровключения, неоднородность сплава (наличие сварных швов), разнородность металлов, нарушение изоляционного покрытия, наличие на металле окалины, ржавчины, неравномерная деформация, неравномерность приложенных нагрузок и др. [c.37]

Благодаря успешному развитию электрохимической кинетики в последние десятилетия удалось совершенно по другому подойти к трактовке механизма разделения коррозионного процесса на две сопряженные реакции. Согласно современным представлениям, неоднородность металлической поверхности безусловно играет большую роль в коррозии, особенно в тех случаях, когда имеют дело с коррозией технических металлов. Однако сама возможность раздельного протекания анодных и катодных реакций на различных участках поверхности является не первопричиной, а только следствием более важной особенности электрохимических процессов, принципиальпо отличающих их от обычных химических реакций. [c.6]