Гомогенная и гетерогенная стадии химических реакций

Если реагенты перед вступлением в реакцию хорошо перемешать, то скорость гомогенных процессов определяется скоростью непосредственно химического превращения веществ. В гетерогенных процессах химические реакции обычно сопровождаются чисто физическими промежуточными стадиями, которые определяют или влияют на наблюдаемую скорость процесса. В простейшем случае при протекании гетерогенного химико-технологического процесса можно выделить два элементарных процесса — диффузию веществ, находящихся в одной фазе, к поверхности раздела фаз или от нее и химическую реакцию внутри одной из фаз. В зависимости от того, какой из элементарных процессов — диффузия или реакция — определяет скорость ХТП, последние разделяют по области протекания. Например, если определяющее значение на скорость ХТП оказывает скорость диффузии, то говорят о химико-технологических процессах, протекающих в диффузионной области если скорость ХТП определяется скоростью химической реакции, то процесс протекает в кинетической области. Методы и приемы интенсификации ХТП, протекающих в диффузионной и кинетической областях, совершенно различны. Знание области протекания процесса особенно важно для анализа гетерогенно-каталитических процессов и управления ими. [c.33]

Скорость химических реакций с повышением температуры резко растет. Для гетерогенных реакций температурный коэффициент скорости обычно ниже, чем для гомогенных, так как при этом накладывается влияние других факторов, и наиболее медленной стадией процесса является не сама химическая реакция, а процессы диффузии, адсорбции и т. п. Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры приближенно описывается эмпирическим правилом Вант-Гоффа при нагревании на 10° константа скорости увеличивается в два-четыре раза, т. е. [c.338]

Как мы уже знаем, гомогенные процессы характеризуются взаимодействием веществ в одной фазе. В гетерогенных реакциях, наряду с химическими превращениями, имеются стадии переноса веществ. Их влияние на процесс в целом зависит от условий его протекания. Если наиболее медленной стадией является химическая реакция, то говорят, что процесс протекает в кинетической области, если же, наоборот, звеном, тормозящим процесс в целом, служит перенос веществ, то говорят о диффузионной области. Что является лимитирующей стадией — взаимодействие или транспорт вещества,— можно установить по температурной зависимости скорости реакции в первом случае она гораздо чувствительнее к температуре, чем во втором. [c.103]

Любая электрохимическая реакция представляет собой сложный многостадийный процесс. В самом деле, реагирующее вещество из объема раствора должно вначале подойти к поверхности электрода (стадия массопереноса)f затем войти в двойной электрический слой (стадия адсорбции), а после непосредственно электрохимической стадии переноса заряда через границу электрод/раствор (стадия разряда— ионизации) продукты реакции должны десорбироваться с поверхности электрода и уйти в объем раствора (стадии десорбции и массопереноса). Во многих случаях электрохимическую реакцию сопровождают стадии химического превращения реагирующих веществ и (или) продуктов реакции, которые могут протекать как в объеме раствора вблизи электрода (гомогенные химические стадии), так и на поверхности электрода в адсорбционном слое (гетерогенные химические стадии). Кроме того, если в электрохимической реакции участвуют твердые или газообразные вещества, то процесс осложняется стадиями образования или разрушения новой фазы (например, процессы электроосаждения и электрорастворения металлов, электролиз воды и др.). [c.212]

Механизм гетерогенных процессов сложнее гомогенных, так как взаимодействию реагентов, находящихся в разных фазах,, предшествует их доставка к поверхности раздела фаз и массообмен между фазами. Гетерогенный процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных физико-химических явлений и химических реакций. Для количественной характеристики сложного технологического процесса в ряде случаев допустимо расчленение era на отдельные стадии и анализ каждой из них. Такой анализ позволяет, например, установить, в какой области— диффузионной или кинетической — идет процесс, и при расчете пренебречь той стадией, которая оказывает малое влияние, если только скорости диффузии и химических реакций не соизмеримы. [c.153]

Технологический процесс получения глифталевой смолы линейного строения состоит из сплавления фталевого ангидрида с глицерином при ПО—130° С, этерификации до образования моноэфира и поликонденсации при 150—160° С. Стадии химических реакций этерификации и поликонденсации с образованием линейных полимеров происходят в обогреваемом реакторе в гомогенной среде сначала в расплаве реагентов, а затем в расплаве низкомолекулярных полимерных продуктов реакции. Этот гомогенный процесс осложнен гетерогенной стадией подвода реагентов — растворением твердого фталевого ангидрида в глицерине. Конечная стадия — застывание полученной смолы происходит в приемниках. Реактор снабжен мешалкой и обогревается высококипяш,им органическим теплоносителем. [c.73]

В зависимости от того, в одной или нескольких фазах находятся компоненты, реакции, различают кинетику гомогенных реакций и кинетику гетерогенных реакций. В гетерогенных системах процесс в целом состоит по меньшей мере из двух последовательных стадий диффузии реагирующих веществ к поверхности раздела фаз и химической реакции на поверхности. Разница между скоростями каждой стадии может быть очень большой. В этом случае скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии, которая называется лимитирующей, или определяющей стадией. Если скорость процесса определяется химическим взаимодействием веществ на поверхности, то говорят, что реакция протекает в кинетической области. Если же определяющая стадия — подвод реагирующего вещества в зону реакции за счет диффузии, то считается, что реакция протекает в диффузионной области. Скорости реакции и диффузии могут быть соизмеримы. Тогда скорость всего процесса представляет собой сложную функцию кинетических и диффузионных явлений, и процесс протекает в переходной области. [c.228]

Гомогенная и гетерогенная стадии химической реакции [c.39]

Как правило, при проведении гетерогенных ХТП химическая реакция протекает на поверхности контакта фаз, к которой предварительно должны быть подведены реагенты. Таким образом, в отличие от гомогенных процессов на скорость гетерогенных процессов влияет не только скорость химической реакции, но и скорость подвода реагентов к поверхности контакта фаз и скорость отвода продуктов реакции от нее. Условная поверхность контакта фаз находится внутри одной из фаз, и она в общем случае не совпадает с поверхностью раздела фаз. Глубина проникновения реагентов внутрь одной из фаз к поверхности контакта зависит от соотношения скоростей диффузии и реакции. При очень низкой скорости реакции процесс может протекать во всем объеме одной из фаз. Влияние физических процессов переноса вещества (массопередачи между фазами) тем больше, чем выше скорость химической реакции. Стадию, скорость которой существенно меньше возможных скоростей других стадий, называют лимитирующей. При наличии лимитирующей стадии наиболее эффективны те воздействия на процесс, которые изменяют скорость именно лимитирующей стадии. [c.72]

Теперь перейдем к выводу уравнений предельного кинетического тока для гомогенно (гетерогенно)-поверхностных химических реакций рекомбинации. Проанализируем эти реакции, исходя из схемы (VI), заменив в ней объемную замедленную стадию рекомбинации либо на одну из следующих гетерогенно-поверхностных реакций (с указанием соответствующих зарядов частиц) [c.53]

В Институте химической физики АН СССР это было установлено при изучении кинетики окисления пропана в реакторе, стенки которого были покрыты хлористым калием. Скорость гомогенной стадии, измерявшаяся методом раздельного калориметрирования, значительно снижается, а при известных условиях — доходит до пуля, несмотря на наличие в реакционной смеси бромистого водорода в качестве гомогенного катализатора. Из этого факта следует, что эта примесь, повидимому, участвует только в гетерогенной стадии зарождения реакции и пе является гомогенным катализатором. [c.371]

Вопросы, рассматриваемые в этой главе, излагаются более подробно и на более высоком уровне в книге Петерсена Анализ химических реакций (см. библиографию, стр. 147). Здесь мы сможем только обсудить простейшие случаи и указать их связь с обш,ей проблемой анализа химических реакторов. В предыдущих главах для описания процесса мы нсио.тхьзовали функцию г (I, Т), которая определяет скорость-реакции в единице объема реактора. Применение этой функции, безусловно, оправдано в случае гомогенного процесса. Однако было бы желательно сохранить тот же способ описания и при расчете гетерогенных процессов, таких, как каталитические газофазные реакции в неподвижном слое таблетированного катализатора. В разделе VI. обсуждаются связанные с этим вопросом трудности и ограничения. Многих затруднений можно избежать, введя понятие об определяющей стадии (раздел VI.2). В последующих разделах будут исследованы некоторые характеристики процессов адсорбции (раздел VI. 2), внешней массопередачн (раздел VI.3) и внутренней диффузии (раздел VI.4). Затем мы постараемся обобщить эти явления (раздел VI.5) и вкратце остановимся на некоторых эффектах, связанных с конечной скоростью теплопередачи (раздел VI.6). Структура главы показана на рис. VI. . [c.119]

Скорость химической реакции в значительной степени зависит от того, в каких условиях реагируют между собой вещества — в средах гомогенных или гетерогенных. Отличительной чертой всех гетерогенных процессов является не только их сложность, но и многостадийность. Как правило, любая гетерогенная реакция состоит по меньшей мере из трех последовательных стадий. Первая стадия включает перенос реагирующих веществ к поверхности раздела фаз, т. е. к зоне реакции. Второй стадией является собственно сама химическая реакция. Третья заключается в отводе продуктов реакции из зоны, где эта реакция происходит. Скорость гетерогенной реакции прямо пропорциональна степени дисперсности и реагирующего вещества (опыт 37). Она также зависит от состояния реагирующих веществ, например, от предварительной механической обработки материала (опыт 38). [c.85]

Сложная химическая реакция, в которой одни стадии являются гомогенными, а другие гетерогенными, называется гомогенно-гетерогенной. [c.37]

Возможны и такие случаи, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах, но реакция между ними является гомогенной. В качестве примера можно привести реакции полимеризации газообразных олефинов под действием серной кислоты. Хотя олефин и кислота образуют две фазы, реакция между ними является гомогенной, так как полимеризации подвергается растворенный в кислоте олефин. Гетерогенной является в этом случае не химическая реакция, а предшествующая ей нехимическая стадия растворения олефина. [c.38]

Возможны и такие случаи, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах, но реакция между ними является гомогенной. В качестве примера можно привести окисление углеводородов в жидкой фазе молекулярным кислородом. Исходные вещества — кислород и углеводород — находятся в разных фазах, но реакция между ними является гомогенной, так как в химическую реакцию вступает растворенный в углеводороде кислород. Гетерогенной в рассматриваемом случае является не химическая реакция, а предшествующая ей нехимическая стадия растворения кислорода. [c.33]

Применение соотношения (58.1) позволяет усмотреть некоторую аналогию между процессами с лимитирующей химической стадией и явлениями концентрационной поляризации. Однако при медленной гетерогенной реакции в уравнение (58.1) входит концентрация вещества, находящегося на поверхности электрода, и эта концентрация меняется за счет протекания химической реакции, а не за счет процессов диффузии или миграции. Последнее относится и к процессам с медленной гомогенной реакцией. [c.300]

Если стадия разряда оказывается быстрой, то скорость процесса определяется скоростью предшествующей химической реакции. Предшествующая химическая реакция может происходить или на поверхности электрода, или в объеме раствора. В первом случае говорят о поверхностных или гетерогенных, а во втором — об объемных или гомогенных предшествующих реакциях. Примером предшествующей химической реакции может служить протонизация пиридина [c.313]

В отличие от обычной гомогенной химической реакции, протекающей во всех точках объема раствора, где есть реагирующие вещества, электрохимическая реакция идет на границе раздела между электродом и раствором, т. е. является реакцией гетерогенной. Отсюда следует, что любой электродный процесс всегда имеет ряд последовательных стадий сначала реагирующее вещество должно подойти к электроду, затем должна произойти собственно электрохимическая стадия, связанная с переносом электронов или ионов через границу раздела фаз (стадия разряда — ионизации), и, наконец, образовавшиеся продукты реакции должны отойти от поверхности электрода, чтобы освободить место для новых порций реагирующего вещества. Первая и третья стадии имеют одинаковые закономерности и называются стадиями массопереноса. Стадии массопереноса и разряда—ионизации присутствуют во всех без исключения электродных процессах. Помимо этих стадий при протекании электродных реакций встречаются также и другие. Так, часто электродные процессы осложняются химическими реакциями в объеме раствора или на поверхности электрода, в которых может участвовать исходное вещество или продукт электрохимической реакции [c.170]

Каталитические реакции могут быть гомогенными и гетерогенными. Гетерогенная химическая реакция может протекать только в том случае, если происходят непрерывная диффузия реагирующих веществ к поверхности, на которой идет данная реакция, и непрерывная обратная диффузия продуктов реакции. Скорость гетерогенного процесса определяется скоростью реакции на поверхности катализатора и скоростью диффузии. Скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии. [c.14]

Известно, что обязательной стадией всех химических реакций, протекающих в присутствии гетерогенных и гомогенных катализаторов, а также хемосорбции и физической адсорбции является соударение молекул или ионов реагирующих веществ, субстратов, хемосорбатов и физических адсорбатов с катализаторами, ферментами, сорбентами [15]. Теоретически удары можно делить на абсолютно упругие и абсолютно неупругие [16]. При абсолютно упругом ударе шаров тепло не возникает, так как сохраняется вся механическая энергия системы. При абсолютно неупругом ударе (рис. 2) шары деформируются и возникающие между ними силы взаимодействия будут тормозить ударяющийся шар и ускорять ударяемый до тех пор, пока скорости обоих шаров не сравняются. В этот момент суммарная кинетическая энергия обоих шаров уменьшается по сравнению с первоначальным ее значением до удара, так как часть ее будет затрачена на преодоление сопротивлений и перейдет в различные другие формы энергии, в том числе в тепло, энергию пластических деформаций и т.д. [c.30]

Гомогенная и гетерогенная стадии химических реакций. Для выяснения механизма химической реакции и природы входящих в него отдельных элементарных процессов весьма существенное значение имеет вопрос о том, протекает ли данная реакция целиком в гомогенной (газовой) фазе и какое влияние на течение реакции оказывают гетерогенные факторы. В случае газовых реакций таким фактором чаще всего является стенка реакционного сосуда. На значение стенок реакционного сосуда (в частности, относительной величины их поверхности и их материала) для кинетики химических газовых реакций первый обратил внимание Вант-Гофф [37] (1884), хотя отдельные наблюдения действия стенок на химическую реакцию отмечались и раньше. Изучая реакцию полимеризации хщановой кислоты НСМО в стеклянных сосудах с поверхностью различной величины, Вант-Гофф нашел, что скорость реакции в сосуде с большей поверхностью заметно больше скорости реакции в сосуде с меньшей поверхностью. Он, далее, установил, что предварительное покрытие стенок реакционного сосуда циамелидом — продуктом полимеризации цианово1г кислоты — приводит к увеличению скорости реакции более чем в три раза. Сильное влияние природы стенок на скорость реакции было замечено Вант-Гоффом также в случае окисления гремучей смеси 2Н2-Ь02 (прн 440° С). В последующие годы влияние величины поверхности и природы (материала и характера обработки) стенок на скорость химической реакции было установлено для многих реакций, протекающих в газовой фазе. Оказалось, что в одних случаях стенка тормозит реакцию, в других — ее ускоряет. Известны также случаи двоякого действия стенки, когда стенка благоприятствует реакции и действует тормозящим образом в той же реакции. В качестве одного из примеров здесь можно привести действие стенки в реакции горения водорода. Вводя в зону горения тонкие стерженьки из различных материалов, А. Б. Налбандян и С. М. Шубина [2041 обнаружили при этом резкое замедление реакции. С другой стороны, Алиа и Габер [315] показали, что воспламенение водорода в месте скрещения горячих струй водорода и кислорода (нагретых до 7 < 540° С) при давлении в несколько десятков миллиметров ртутного столба происходит лишь при внесении в газ тонкого кварцевого стерженька Таким образом, нужно заключить, что твердая иоверхиость способствует возникновению реакции горения водорода и тормозит уже идущую реакцию. Укажем, что согласно [c.50]

В отличие от обычной гомогенной химической реакции, протекающей во всех точках объема раствора, где есть реагирующие вещества, электрохимическая реакция идет на границе раздела между электродом и раствором, т. е. является реакцией гетерогенной. Отсюда следует, что любой электродный процесс всегда имеет ряд последовательных стадий сначала реагирующее вещество подходит к электроду, затем произойдет собственно электрохимическая стадия, связанная с переносом электронов или [c.201]

Электродные реакции — это гетерогенные процессы, и их кинетика определяется закономерностями переноса заряда и массопередачи. В некоторых случаях необходимо учитывать также сопряженные химические реакции. Перенос заряда может осуществляться в одну или в несколько стадий ниже будут рассмотрены процессы, включающие одну, две или более последовательных стадий. Химические реакции, сопровождающие перенос заряда, иногда протекают достаточно быстро, и их можно не учитывать при выводе кинетических зависимостей, но часто такое упрощение недопустимо. Сопряженные реакции могут протекать исключительно на поверхности электрода (гетерогенные, или поверхностные, реакции) или же в околоэлектродном пространстве (гомогенные, или объемные, реакции). Они могут предшествовать переносу заряда или следовать за ним возможны также химические превращения промежуточных продуктов электролиза. [c.165]

Перейдем к рассмотрению нового класса химических реакций — гетерогенным реакциям. До сих пор мы считали, что реакция протекает в гомогенной системе — газе или растворе. Но реакция может протекать и в гетерогенной системе, состоящей из нескольких фаз, например, газ — твердое тело, газ — жидкость, жидкость — твердое тело. В этом случае реакция протекает на поверхности двух фаз. Такая реакция состоит по крайней мере из двух последовательных стадий диффузии реагирующего вещества к поверхности раздела и собственно химической реакции. [c.261]

Теперь перейдем к рассмотрению уравнений необратимой кинетической волны для гомогенно (гетерогенно)-поверхностных химических реакций рекомбинации. Здесь вновь используем общую схему (X), заменив в ней замедленную стадию рекомбинации одной из гетерогенноповерхностных реакций (VU) или (VUI) или аналогичной гомогенно-поверхностной реакцией и ограничив вывод кинетического уравнения условием восстановления продукта замедленной стадии рекомбинации [c.64]

В процессе синтеза углеводородов из окиси углерода и водорода группой советских исследователей методом меченых атомов было показано, что на поверхности катализатора возникают и развиваются полидюризационные плоские цепп. Следовательно, могут существовать процессы, в которых должны наблюдаться обратные реакции — уменьшение размера молекулы в результате деструктивных и окислительных реакций. Поэтому Рогинский [199] предложил назвать такой процесс закрепленной цепной деструктивно-окислительной реакцией. Это интересное предположение пока еще не уточнено, не разобраны стадии процесса и не выяснена природа промежуточных продуктов, которые способствуют развитию цепных реакций при окислении органических веществ. В гипотезе о закрепленных цепях на поверхности учитываются как полупроводниковые свойства катализатора, так и строение реагирующих молекул и радикалов, образующихся в результате реакции, тогда как в ряде других стадийных схем гетерогенного окисления углеводородов механически перенесены ценные схемы гомогенных химических реакций в гетерогенный катализ. [c.92]

Если стадия разряда оказывается быстрой, то скорость процесса определяется скоростью предшествующей химической реакции. Предшествующая химическая реакция может происходить или на поверхности электрода, или в объеме раствора. В первом случае говорят о поверхностных или гетерогенных, а во втором — об объемных или гомоген- [c.298]

Характеристические зависимости омической и емкостной со--ставляющих электродного процесса и 1/( С от I/vO" с контро-. лем только по гетерогенной химичесс ой реакции представлены на рис.20. йипедано гетерогенной химической jeaK4HH (импеданс Гери-шера) также,как и в случае замедленной химической реакции гомогенного типа, зависит от частоты переменного тока. Критериями,характерными для процесса с контролем по замедленной химической стадии гетерогенного вида, будут [c.49]

При гетерогенных процессах горения или газификации необходимо обеспечить подвод и отвод газообразных продуктов от реакционной поверхности. Для гомогенного реагрхрования необходимо иметь физическую стадию смесеобразования. При высоких температурах скорости химических реакций обычно настолько велики, что процесс горения или газификации в целом определяется и регулируется указанными физическими явлениями. [c.56]

Довольно большая часть энергии, поглощенной твердым телом, передается газообразным реагирующим веществам по трем возможным механизмам а) путем образования электронных возбужденных состояний, б) путем тепловых пиков и в) путем избирательного поглощения фотона. В этом случае радиация индуцирует реакцию сравнительно большая часть радиационной энергии превращается в химическую потенциальную энергию. Подобно радиационнохимическим процессам, в гомогенной среде можно проводить реакции, которые невыгодны по термодинамическим условиям. При условии, что вся энергия, поглощенная твердым телом, передается газообразным реагентам, а также что механизмы гомогенной и гетерогенной реакций одинаковы, величина не может превышать ( гом- Однако в большинстве эндотермических реакций, индуцируемых радиацией, энергия используется с очень низким выходом. На основании термодинамических соображений можно рассчитать максимальную величину С, которую обозначим символом Омане [25]. Величина Смаке равна 100/я, где Н — энтальпия реакции, выраженная в электрон-вольтах при температуре опыта. Для большинства гомогенных эндотермических реакций, индуцируемых радиацией, отношение (Сгом/Смакс) составляет несколько процентов [25]. Если предположить, что присутствие твердого тела приводит к более эффективному использованию радиационной энергии, то величина Окаж может быть иногда значительно больше, чем Сгом, по никогда не может превышать Смаке- При некоторых экзотермических реакциях с большой энергией активации перенос может рассматриваться в микроскопическом масштабе. Это относится к некоторым элементарным эндотермическим стадиям реакции. [c.223]

Можно также получить выражения, сходные с (65) и (69), для слу чая гомогенных химических реакций, предшествующих или сопровож дающих гетерогенный процесс переноса заряда или налагающихся между двумя гетерогенными стадиями переноса заряда на плоском электроде. При этом стадия переноса заряда или сопряженная хими ческая реакция необратимы либо обе стадии обратимы. Для некото рых из этих случаев численные значения W п X табулированы Никольсоном и Шейном [412]. Зависимость пиковых тока и потенциа ла от скорости развертки в циклической вольтамперометрии с линей ной разверткой можно использовать для решения вопроса о том, имеет ли место простой процесс переноса заряда или он осложнен сопря женной гомогенной химической реакцией. В последнем случае мож но выяснить, предшествует ли химическая реакция гетерогенной реакции, следует за ней или накладывается между двумя стадиями переноса заряда [55, 361, 413, 433, 444, 457, 503, 505, 506, 519, 595 - 597]. [c.211]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология