Лекции МЭИ по химии (2015) (1154121), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

С учетом площадиповерхности равной S общая скорость гетерогенной реакции первого порядкаописывается уравнением:v  k  c  S,где с – концентрация реагента (газообразного или жидкого).Единица измерения скорости гетерогенной реакции в этом случае –мольс1, константы скорости реакции– мс1. Если в реакциинепосредственно участвует твердое вещество, то в кинетическое уравнениене входит его концентрация, так как она постоянна.Например, кинетика гетерогенной реакцииСаО(к) + СО2 = СаСО3(к)описывается уравнением:v  k  cCO  SCaO .2Иногда важно знать удельную скорость реакции, отнесенную к единицеплощади реакционной поверхности, которая для реакции первого порядкаописывается уравнением:vS  v / S  k  c.Единица измерения удельной скорости реакции мольс1м2.Скорость гетерогенной химической реакции зависит от скорости подводареагента и отвода продукта с поверхности раздела фаз (зона химическойреакции), что является второй особенностью этих реакций.Скорость обратимых гетерогенных, как и гомогенных, реакций зависит отvскоростей прямой иvобратной реакций.Для реакции А + В = Д + К v  v v= kпр СА С В – kобр СD СK v vили kпр СА С В = kобр СD СKили СD СK/ СА С В = Kc = kпр/ kобрТ.е.

константа равновесия гетерогенной химической реакцииотношению констант скоростей прямых и обратных реакцийравна Кc  k / k Кp  k / kИтак, общая скорость необратимой гетерогенной химической реакциизависит, а удельная скорость реакции не зависит от площади реакционнойповерхности. На скорость гетерогенной химической реакции влияютпроцессы массопереноса. Скорость обратимой реакции определяетсяразностью скоростей прямой и обратных реакций.Цепные реакцииОсобое место в химической кинетике занимают цепные реакции. Этиреакции имеют ряд особенностей.

Скорость их зависит от природы и объемасосуда, от наличия в нем посторонних примесей, для некоторых из ниххарактерен порог давления, ниже которого реакция не идет. Приопределенных условиях цепная реакция представляет лавинообразныйпроцесс, протекающий чрезвычайно быстро с возможностью взрыва.Химические превращения с цепным механизмом реакции достаточнораспространены в химии газообразных веществ. К цепным реакциямотносятся реакции сгорания топлива, окисления молекулярных галогеновкислородом,хлорированияибромирования,многиепроцессыполимеризации, крекинг тяжелых нефтепродуктов, процессы полученияядерной энергии и др.

Впервые идею о возможности цепного механизмареакций высказал русский ученый Н. А. Шилов в 1905 г. Большой вклад вразработку теории цепных реакций внесли русские ученые и в первуюочередь академик Н. Н. Семенов.Цепными называются химические реакции, в которых появлениеактивной частицы вызывает не одно, а несколько последовательныххимических превращений с передачей энергии вновь образующимсячастицам. Число химических превращений, вызываемых одной активнойчастицей – длина цепиАктивными частицами могут быть свободные атомы, ионы, радикалы ивозбужденные молекулы.

(Свободные радикалы представляют собойчастицы, обладающие ненасыщенными валентностями и повышеннойреакционной активностью)Механизм цепных реакций.1 стадия Цепные реакции начинаются со стадии инициирования илизарождения цепи т.е. образования активных частиц (принято обозначатьточкой, поставленной рядом с химическими символами, например Сl , ОН,Н, СН3СО).Инициирование происходит в результате воздействия на систему светом,излучением высокой энергии, теплом и т.

д.Потребление энергии на инициирование в цепных реакциях невелико, так какактивируются не все молекулы, а только небольшая их доля.2 стадия- рост (продолжение) цепи. Это процесс интенсивноговозрастания скорости за счет химических превращений, вызываемых однойактивной частицей. Этот процесс происходит до тех пор, пока существуетактивная частица.3 стадия - обрыв цепи.

Это процесс, в результате которого активныечастицы или исчезают, или дезактивируются. Обрыв цепи может произойти врезультате столкновения активной частицы со стенкой сосуда и дезактивациив результате адсорбции на стенке или взаимодействия с другой активнойчастицей при столкновении.Вследствие образования активных частиц цепные реакции протекаютбыстрее реакций, идущих по обычному механизму.Известны две разновидности цепных реакций: с неразветвленными и сразветвленными цепями.Первые возникают в том случае, если одна активная частица при своемвзаимодействии вызывает образование только одной новой активнойчастицы.Разветвленные цепные реакции характеризуются разветвлением цепи, т.е.одна активная частица вызывает образование двух и более активных частиц.Скорость цепной реакции зависит от:1.

внешних параметров (Р, Т, скорость отвода тепла….)2. конструкции машины (аппарата, реактора…)3. присутствия посторонних веществ в зоне реакцииV = Vлимитирующей стадииВ качестве примера рассмотрим реакцию горения водорода в кислороде.При низкой Т активные частицы не зарождаются (цепная реакция не идет)Однако при Т близкой к 500 0 С (и невысоких Р) протекает цепная реакция свыделением тепла, заканчивающаяся взрывом (в закрытом сосуде).

Взрывгремучего газа:Н2 + О2  2НОзарождение цепиНО + Н2  Н + Н2Орост цепиН + О2  НО + Оразветвление цепиО + Н2  Н + НО и т.дЗатем возникшие частицы вызывают появление новых; скорость реакциирезко возрастает и в конце концов происходит взрыв.

Это разветвленнаяхимическая реакция.По мере изучения цепных реакций выяснилось, что они не представляютсобой исключение из правил, а встречаются довольно часто в природе итехнике.В энергетике по цепному механизму идут, например, реакции горения многихгазовых смесей в печах, при сварке, резке, пайке металлов, при работепаровых котлов, реакторов, при окислении гидромасел в гидроприводах ит.д. В двигателях внутреннего сгорания цепной характер реакции можетвызывать микровзрывы (детонацию), для их предупреждения в топливовводят антидетонаторы (присадки), на которых происходит обрыв цепей.ЛЕКЦИЯ 14. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ И ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОРАСТВОРАХРастворыИстинные растворы – гомогенные (однородные) многокомпонентныесистемы переменного состава.Размер частиц (молекул, атомов, ионов): ≤ 5.10-9 м (≤ 5 нм)Если размеры частиц ˃ 5 нм — система гетерогенная (дисперсная).гомогенные микрогетерогенныегетерогенные10-9истинные10-810-7коллоидные10-6м (размер)суспензии, эмульсиирастворымеханические смесиПростейшие составные части раствора - компоненты: растворитель ирастворенное вещество.Растворитель- компонент, присутствующий в растворе в большемколичестве, и не меняющий фазового состояния при его образовании.В зависимости от агрегатного состояния компонентов растворы бывают:1.

твердые:(замещения, внедрения)Au-CuH2-Pd2. газообразные:(газовые смеси)Воздух: О2, N2, Ar, Н2О (пары)3. жидкиеЖ–ТН2О – NaClС2Н5ОН - С12Н22О11Ж–ЖЖ–ГН2О - С2Н5ОНН2О - СО2Н2О - Н2SО4Н2О - НClЖидкие растворыВ зависимости от природы растворителя растворы бывают:ВодныеНеводныерастворитель – Н2Овсе другие растворители:бензол (С6Н6), ацетон (С3Н6О)По способности проводить электрический ток:Растворы электролитовпроводят эл. токРастворы неэлектролитовне проводят эл.

токСпособы выражения концентрации растворов.Молярная концентрация, сМ [моль/л, моль/дм3 ]: количество растворенноговещества в единице объема раствораCM  вва V р раmвваМвва V р раМолярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация), с эк[моль/л, моль/дм3 ]: количество эквивалента растворенного вещества вединице объема раствора экв.в ва с мс эк Vfэр  раПример:CМ (Н2SО4) = 2 моль/л Э (Н2SО4) = ½ Н2SО4 21/2 = 4 моль/л.f (Н2SО4) = 1/2 Сэк =Всегда численно сэк ˃ сМ для многоосновных кислот и многокислотныхоснований.Титр Траствора[г/мл, г/см3]: масса растворенного вещества (в граммах) в 1 млTmвва C M  MвваV р ра1000Массовая доля вещества,  (доли или %): отношение массы растворенноговещества к общей массе раствора (показывает, сколько граммоврастворенного вещества содержится в 100 г раствора)C Mвва  mвва  M вва  Тm р ра  р ра 1000  р ра - плотность раствора [г /мл, г/см3]Моляльность, cm моль/кг, моль/1000 г р - ля ]: количество растворенноговещества в 1 кг, или 1000 г растворителясm  1000г в варастворителяМолярная доля вещества, χi (доли или %): отношение числа молей одного изкомпонентов раствора (данного вещества) к сумме молей всех компонентовраствора.i ii i  1  2  ... iПРИМЕР.

Характеристики

Список файлов лекций