Швидкість хімічної реакції
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Швидкість хімічної реакції

Швидкість хімічної реакції, величина, що характеризує інтенсивність реакції хімічної . Швидкістю утворення продукту реакції називається кількість цього продукту, що виникає в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (якщо реакція гомогенна) або на одиниці площі поверхні (якщо реакція гетерогенна). Для вихідних речовин аналогічним чином визначається швидкість їх витрачання. Кількості речовин виражають в мілі . Тоді швидкості утворення продуктів і витрачання вихідних речовин відносяться як стехиометрія, коефіцієнти цих речовин в рівнянні реакції. Наприклад, в разі реакції N 2 + ЗН 2 = 2nh 3 швидкість витрачання водню в 3 рази, а швидкість утворення аміаку в 2 рази більше швидкості витрачання азоту. Відношення швидкості утворення продукту реакції, або швидкості витрачання вихідної речовини, до відповідного стехіометричного коефіцієнта називається С. х. р. В разі гомогенної реакції, що відбувається в закритій системі постійного об'єму, С. х. р., де c i — концентрація продукту реакції, тобто число мілі його в одиниці об'єму, b i стехіометричний коефіцієнт цієї речовини, t — час. Це рівняння застосовне і до вихідної речовини, якщо, як прийнято, стехіометричні коефіцієнти вихідних речовин вважати негативними.

загрузка...

  Для технічних цілей швидкості гетерогенно-каталітичних реакцій зазвичай розраховують не на одиницю поверхні каталізатора, а на одиницю маси каталізатора або на одиницю об'єму шару гранул каталізатора.

  С. х. р. може варіювати в надзвичайно широких межах — від дуже малою (у випадку геологічного процесів, що тривають мільйони років) до дуже великий (в разі іонних реакцій, що завершуються за мільйонні долі секунди). Про теорію С. х. р. див.(дивися) Кінетика хімічна .

  Для виміру С. х. р. служать всілякі методи. Вибір методу визначається характером реакції і її швидкістю. Не зачіпаючи реакцій спеціальних типів (електродні фотохімічні, радіаційно-хімічні), охарактеризуємо основні методи виміру швидкостей звичайних реакцій, обумовлених енергією теплового руху. При використанні статичного методу реакцію проводять в замкнутій судині. Про її швидкість судять по зміні складу реагуючій суміші на підставі аналізу проб або по якій-небудь властивості реагуючої суміші, залежній від складу. В разі газових реакцій, що супроводжуються зміною числа молекул, часто стежать за реакцією по зміні тиску. Проточний метод полягає в тому. що реагуючу суміш пропускають з постійною швидкістю крізь зону реакції: для гетерогенної реакції — це звичайно об'єм, заповнений гранулами каталізатора; в разі гомогенної реакції — область підвищеної температури. Міру перетворення вихідних речовин в продукти визначають по складу суміші, реакції, що виходить із зони.

  Обидва вказані методи прості для здійснення, але не дають безпосередньо значення С. х. р. В статичній системі склад реагуючої суміші, а отже і С. х. р., змінюється в часі; тому потрібне диференціювання виміряної величини концентрації за часом для визначення швидкості реакції або інтеграція за часом теоретичні вирази швидкості реакції для зіставлення його з дослідними даними. В разі проточного методу склад реагуючої суміші не залежить від часу, але різний в різних ділянках зони реакції; тому зіставлення теоретичного вираження для С. х. р. з результатами досвіду вимагає попередньої інтеграції цього виразу за об'ємом зони реакції.

  Прямий вимір швидкості гомогенної реакції досягається за допомогою проточного перемішуваного реактора. У судину, забезпечену потужною мішалкою, з постійною швидкістю вводять вихідні речовини і виводять реагуючу суміш так, щоб її кількість в реакційній судині була постійна. При сталому стаціонарному стані аналіз відбираної суміші показує склад реагуючої суміші. Знаючи, крім того, швидкість відбору цієї суміші, визначають кількість речовини, що утворилася в результаті реакції за одиницю часу, а звідси — С. х. р. Для гетерогенно-каталітичних процесів з нерухомим каталізатором еквівалентом описаного методу є проточно-циркуляційний метод: однорідність складу реагуючої суміші в зоні реакції досягається з допомогою створюваній насосом інтенсивній циркуляції реагуючої суміші. Проточні перемішувані реактори і проточно-циркуляційні системи належать до класу безградієнтних реакторів, званих так тому, що в них практично відсутні градієнти (перепади) концентрацій, а також температури в зоні реакції.

  Особливі труднощі виникають при вивченні дуже швидких реакцій в розчинах. Якщо реакція встигає пройті в значній мірі за час, який потрібний для змішення розчинів вихідних речовин, то звичайні методи непридатні. Завдання виміру швидкостей таких реакцій вирішується за допомогою релаксаційних методів, розроблених М. Ейгеном . Система, в якій може відбуватися оборотна реакція, спочатку знаходиться в змозі рівноваги хімічного . Потім вельми швидко змінюють параметр що впливає на значення константи рівноваги: температуру, тиск або електричне поле. Система переходить до нового стану рівноваги протягом деякого часу; цей процес називається релаксацією . Стежачи за зміною складу яким-небудь безінерційним методом (наприклад, по електропровідності), визначають С. х. р. Удається спостерігати час релаксації до 10 -6 сік: таким дорогою була виміряна, наприклад, швидкість реакції Н + + Oh - = H 2 O у воді.

  Літ.: Кондратьев Ст Н., Визначення констант швидкості газофазних реакцій, М., 1971; Колдін Е., Швидкі реакції в розчині, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966; Проблеми теорії і практики досліджень в області каталізу, під ред. Ст А. Ройтера, До., 1973, гл.(глав) 3; Уейт Н., Хімічна кінетика, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1974.

  М. І. Темкич.