Процессы лимитируемые скоростью химического взаимодействия (область химической кинетики) . Часть 4
Возможен, наконец, случай изменения концентрации обоих реагентов на поверхности их взаимодействия при одновременном изменении площади последней.
Если в этом случае степень превращения в продукт каждого из двух реагентов составляет в долях единицы соответственно G и G1 и лимитирующей скорость процесса является поверхность первого из них, превращенного на G долей единицы (что может быть, когда изменение поверхности первого реагента в ходе процесса существенно, а второго — весьма незначительно), то скорость реакции
в смеси, состоящей из сферических или кубических зерен, может быть выражена уравнением
(123)
Значение коэффициента К в уравнениях (114) — (118) и (123) зависит от начальной концентрации реагирующих веществ. Так как лимитирующей скорость процесса является поверхность реагента, превращенного на G долей единицы, то, очевидно, при одинаковых размерах зерен и плотностях реагентов G>G1.
Когда соотношения реагентов в системе и в стехиометрическом уравнении реакции таковы, что G1 -> 0 при достаточно существенном значении G, уравнение (123), естественно, обращается в уравнение (117).
Весьма существенно, что при G < 1, или, иначе, при G -> О (и соответственно Gj 0), каждое из уравнений (114), (115), (117), (118) и (100) принимает вид уравнения (96), т. е. скорость всех реакций в этих условиях практически постоянна.
Функция (1 — G) в уравнениях (114) — (118) и (123) характеризует концентрацию Сср реагирующего вещества в объеме, в то время как скорость гетерогенной реакции между двумя веществами в области химической кинетики, строго говоря, является функцией концентрации Сх одного из них на поверхности частиц другого:
Однако для рассмотренных случаев, в которых скорость диффузии несоизмеримо больше скорости собственно реакции Ct = Сср и, следовательно, скорость реакции можно считать функцией концентрации реагента в объеме.
Изложенное позволяет судить о зависимости скорости лимитируемых реакций так называемых твердофазовых процессов от первоначального размера зерен исходной смеси.
Так, для реакции, сопровождающейся изменением концентрации одного из реагентов на поверхности F их взаимодействия и имеющей при постоянном значении площади первый порядок, имеем
(124)
где для одного сферического зерна A' = 4πR2.
Количество превращенного вещества совокупности зерен первоначального радиуса R пропорционально произведению степени превращения одного зерна на число зерен N в единице веса такой массы
где
(126
если у — кажущийся удельный вес зерна.
В связи с этим окончательно скорость реакции указанного род,
будет равна:
(127
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