Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 1
В условиях," когда физические явления (такие, как внутренняя диффузия, возгонка и т п.) практически не сказываются на скорости процесса превращения твердых веществ, она может быть лимитирована скоростью любого из следующих химических явлений:
1) реакции первого порядка;
2) реакции второго порядка;
3) взаимодействия при постоянной концентрации реагирующих веществ, а также реакции нулевого порядка;
4) автокаталитической реакции;
5) нескольких последовательных реакций.
Для гомогенной среды кинетику этих явлений описывают, как известно, соответственно следующими уравнениями:
(104) 
(105) (96) 
(106)
(для автокаталитической реакции первого порядка);
(для двух последовательных реакций первого порядка), где а и Ь — начальное количество реагирующих веществ в единице объема; у — количество реагирующих веществ (в той же единице объема), превращенное к моменту времени т; К, Кх и /С2 — константы, зависящие от свойств реагентов и условий процесса.
Непосредственное выражение кинетики различных процессов превращения смесей твердых веществ уравнениями (96) и (104) — (107) сильно ограничено и во многих случаях невозможно.
Дело прежде всего в том, что все эти уравнения, выведенные для гомогенных реакций, могут быть действительны для реакций, протекающих в гетерогенных системах лишь при постоянной поверхности контакта реагирующих веществ. Между тем, при взаимодействиях, протекающих в смеси кристаллических веществ, происходит непрерывное изменение (уменьшение) поверхности контакта между реагирующими веществами.
Поэтому для процесса в твердой смеси в случае, например, реакции «первого» порядка правильнее писать
где F — площадь поверхности соприкосновения реагентов.
Форма зерен реальных порошкообразных веществ может быть, как известно, различной. Практически, однако, в большинстве случаев можно считать эти зерна без существенной погрешности шарообразными или кубическими. В дальнейшем анализе, опубликованном в свое время в литературе [367], мы будем считать их, кроме того, примерно равновеликими.
В этом случае при первоначальном среднем значении R радиуса или половины ребра зерен и толщине х шарового или соответственно кубического слоя этих зерен, превращенного в продукт, степень G их превращения в долях единицы может быть выражена как
(108)
Откуда значение радиуса или половины ребра непрореагировавшей части зерен по истечении некоторого времени с начала реакции составит
(109)
В соответствии с этим зависимость площади реакционной поверхности шарообразного или кубического зерна от степени превращения имеет вид:
Другие части:
Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 1
Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 2
Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 3
Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 4
Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 5