Гетерогенные реакции
Информация для студентов / Гетерогенные реакции
Страница 1

При гетерогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах, чаще всего катализатором является твёрдое тело, а реагирующие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии и реакция протекает на поверхности раздела двух фаз, то есть на поверхности катализатора. Поэтому гетерогенные каталитические процессы часто называют контактными, а твёрдые катализаторы – контактными веществами.

Опыт показывает, что при гетерогенном катализе большое значение имеют структура, химический состав и величина поверхности катализатора. Так, гладкая платиновая пластинка, опущенная в раствор пероксида водорода, практически не вызывают разложения последнего. Если же поверхность этой пластинки шероховатая, разложение пероксида водорода протекает заметно. Ещё больше увеличивается скорость разложения, если в качестве катализатора использовать платину в виде порошка. И, наконец, если к раствору пероксида водорода прибавить еще более раздробленную платину в виде её коллоидного раствора, то разложение Н2О2 произойдёт практически мгновенно - в виде взрыва.

Как правило все гетерогенные каталитические реакции (даже относительно простые из них) протекают в несколько стадий: 1) сближение молекул реагирующих веществ, 2) ориентация молекул на активных центрах катализатора, 3) адсорбция молекул реагирующих веществ, сопровождающаяся деформацией связей в молекулах, 4) химическое превращение адсорбированных (и активированных) молекул, 5) десорбция продуктов реакции, 6) удаление этих продуктов с поверхности катализатора.

Скорость химической реакции определяют как уменьшение количества реагирующего вещества или увеличение количества за единицу времени, например за секунду. Для реакций протекающих при постоянном объёме, как например в закрытом сосуде или в растворе, скорость выражают через уменьшение концентрации реагирующего вещества или увеличение концентрации продукта, отнесённых к единице времени. Так скорость образования иодоводорода из Н2 и I2 , протекающего при ~ 4000C в газовой фазе

Н2+I22Hi,

можно выразить тремя способами:

знак минус ставят, когда скорость выражается через убыль концентрации исходного вещества, чтобы скорость была положительной величиной. Скорость выражается через прирост концентрации иода водорода, разделана на стехиометрический коэффициент 2, чтобы все три выражения были численно одинаковы.

В общем случае для реакции

Скорость можно выразить любым из следующих способов:

Скорость представляет, таким образом, первую производную от концентрации по времени. Графически скорость изображается величиной тангенса угла наклона касательной, проведённой к прямой, показывающую зависимость концентрации по времени. Графически скорость изображается величиной тангенса угла наклона касательной, проведённой к кривой, показывающей зависимость концентрации прореагировавшего или образовавшегося вещества от времени.

Из вышеприведённых формул следует, что размерность скорости химической реакции равна: химическая масса * объём –1 * время –1. В системе СИ размерность скорости равна – моль * м –3 * сек –1. Однако в литературе до сих пор принято выражать скорость реакций в моль * дм –3 * сек –1.

На практике при измерении скоростей реакции вместо секунды за единицу времени часто берут минуту или час.

В гетерогенных системах реакционным пространством является поверхность раздела между фазами. Введя понятие поверхностной концентрации Cs, измеряемой числом молей реагирующего вещества (n), приходящихся на единицу реакционного пространства S, имеем

Тогда среднюю скорость гетерогенной реакции можно измерять изменением поверхностной концентрации одного из реагентов (исходного вещества или продукта реакции) за единицу времени, выражая её в моль/м с или моль/см с):

Истинную (мгновенную) скорость гетерогенной реакции определяем, переходя в (1.7) к пределу Т-О:

Скорость гетерогенных взаимодействий зависит не только от самого химического взаимодействия, но и от стадии переноса вещества, каковым являются подвод молекул газообразного или растворённого реагента из объёма V к реакционной поверхности S и интенсивность отвода от поверхности продуктов реакции. Скорость протекания всего гетерогенного взаимодействия определяет та из трёх стадий скорость, которой минимальна. Её называют имитирующей стадией.
Страницы: 1 2

Смотрите также

Радиоактивность и радиация
...

Использование альтернативных источников энергии
Во второй половине ХХ столетия перед человечеством восстала глобальное проблема – это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Даже если рассматривать отдельно ...

Жизнь и деятельность Д.И. Менделеева. Периодический закон
Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – основа современной химии. Да и остальные открытия ученого по сей день не потеряли своего значения. Дмит ...