Кінетика гетерогенних процесів

Як показують дослідження, будь-який гетерогенний процес у загальному випадку складається з декількох стадій:

- дифузія реагенту до поверхні розділу фаз (у зону реакції);

- адсорбція реагенту на реакційній поверхні;

- хімічний акт взаємодії вихідних речовин;

- десорбція продуктів реакції з межі розділу фаз;

- дифузія продуктів взаємодії з зони реакції.

Загальна швидкість гетерогенного процесу визначається зазвичай швидкістю найбільш повільної (лімітуючої) стадії. Якщо найбільш повільною є дифузійна стадія, то це вказує на дифузійний характер процесу, отже він лімітується дифузією, перебігає у дифузійній області. Якщо найбільш повільними є адсорбційно-десорбційно-хімічні стадії, то це вказує на кінетичний характер процесу, його перебіг у кінетичній області. При рівності швидкостей дифузійної та хімічної взаємодії процес знаходиться у перехідній області. До гетерогенних реакцій у кінетичній області можуть бути застосовані рівняння гомогенних реакцій з тією відмінністю, що діюча концентрація є не об'ємною, а поверхневою. Поведінка гетерогенних реакцій у дифузійній області підкоряється основним закономірностям дифузійних процесів.

Дифузійну і кінетичну області реакцій можна відрізнити по ряду ознак:

а) величина енергії активації у дифузійній області не перевищує 30 кДж/моль, а у кінетичній складає не менше 40 кДж/моль;

б) перемішування, турбулізація та ін. впливають на швидкість реакції дифузійної області і не позначаються на ній при кінетичному характері процесу;

в) температура істотніше впливає на швидкість реакції у кінетичній області (змінюється у 2-4 рази на кожні 10°С);

г) завжди перший порядок реакції у дифузійній області і довільний (від 0 до 2) у кінетичній.

Знання режиму, у якому перебігає реакція, має важливе практичне значення. Це дозволяє грамотно визначити параметри, які найбільш ефективно впливають на швидкість гетерогенного процесу в цілому (прискорюють або уповільнюють його).

1.1.4