Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Во всяком гетерогенном процессе взаимодействие происходит на поверхности раздела между фазами или в непосредственной близости от нее



В системах из одного компонента гетерогенные процессы сводятся к переходу его из одной фазы в другую без изменения химического состава фаз. Сюда относятся процессы плавления, испарения, возгонки и противоположные им процессы отвердевания (кристаллизации) и конденсации. Все эти процессы взаимно обратимы, и в действительности переходы отдельных молекул (или ионов) происходят всегда и в ту, и в другую сторону. Наблюдаемое же нами течение процесса в одну сторону является лишь результатом преобладания скорости этого направления над скоростью противоположного направления, а наблюдаемая скорость является суммарной скоростью процесса и равна разности скоростей прямого и обратного процессов. Соотношение между скоростями прямого и обратного процессов определяется тем, в какой мере данное состояние системы отличается от состояния равновесия. Чем ближе обе фазы к состоянию равновесия, тем меньше суммарная скорость процесса, так как тем ближе друг к другу скорости прямого и обратного процессов.

Как показывают опытные данные, при кристаллизации из чистой жидкости скорость роста кристаллов при температуре равновесия между фазами равна нулю и увеличивается по мере понижения температуры до некоторого предела. При значительной теплоте отвердевания и при малой теплопроводности вещества, выделяющаяся теплота способствует установлению на поверхности раздела температуры равновесия, и только отвод теплоты от системы приводит к одностороннему течению процесса. Чем больше скорость этого отвода теплоты, тем больше, до известного предела, и скорость кристаллизации. Если теплопроводность материала невелика, то процесс может тормозиться недостаточной скоростью передачи теплоты от поверхности соприкосновения фаз к источнику охлаждения. В таких системах перемешивание жидкости, способствующее выравниванию температуры различных ее слоев, ускоряет процесс ее кристаллизации. При испарении жидкости с поверхности суммарная скорость процесса парообразования наряду с зависимостью от подвода теплоты будет сильно зависеть также и от концентрации пара. Чем больше эта концентрация, тем чаще происходит и обратная конденсация молекул в жидкость, т. е. тем выше скорость обратного процесса, уменьшающая суммарную скорость процесса испарения. На поверхности раздела между жидкостью и ее насыщенным паром суммарная скорость процесса равна нулю. Она возрастает по мере уменьшения концентрации пара и достигает максимального значения в условиях испарения в вакууме.

В системах из двух или большего числа компонентов взаимодействие на поверхности раздела фаз приводит к возникновению различия в составах поверхностного и внутреннего слоев данной фазы и, следовательно, к процессу выравнивания состава всей фазы. Если этот процесс не ускоряется перемешиванием, а происходит только в результате диффузии, то скорость всего процесса в целом большей частью определяется скоростью выравнивания составов (вследствие медленности этого процесса). На самой поверхности раздела равновесие достигается более быстро. При растворении сахара, находящегося на дне стакана с чаем, образуется концентрированный сироп на дне, и если чай не перемешивать, то концентрации выравниваются по всему объему жидкости очень медленно.

Подобным же образом и в большинстве других гетерогенных процессов общая скорость сильно зависит от перемешивания. Последнее может происходить самопроизвольно при соответствующей разнице в плотностях слоев данной фазы, обусловленной различием их состава или их температуры (конвекционные токи). Однако, более эффективным обычно является искусственное перемешивание механическим или другим путем. Значение диффузии и для подобных способов проведения процесса полностью не исчезает.

Принято считать, что при перемешивании выравниваются концентрации в большой части объема, но у самой поверхности раздела всегда остается небольшой слой, не перемещающийся при перемешивании, и выравнивание концентраций через этот слой происходит путем диффузии (диффузионный слой).

Рассматривая скорость процесса растворения твердого тела в жидкости, можно принять, что в части, прилегающей непосредственно к твердому телу, слой в большей или меньшей степени приближается к состоянию равновесия с твердым телом, и концентрация растворенного вещества в нем приближается к концентрации насыщенного раствора Снас. Примем ее равной Cнас. В части же слоя, прилегающей к внутреннему объему жидкости, концентрация в нем растворенного вещества приближается к концентрации C в остальном объеме жидкости.

Скорость диффузии через него будет тем большей, чем больше различие в концентрации (CнасC) диффундирующего вещества.

 

Гетерогенный катализ.

Гетерогенными каталитическими реакциями называются такие реакции, в которых катализатор составляет самостоятельную фазу.

В наше время гетерогенный катализ получил очень широкое применение, как в промышленной, так и в лабораторной практике. Возможность изменять скорость реакции в широких пределах (большей частью стремятся увеличить ее) является весьма ценной для любого практического применения реакции. Большая часть продукции, вырабатываемой химической промышленностью и смежными отраслями промышленности, получается с помощью гетерогенного (обычно газового) катализа. Гетерогенный катализ в жидкой фазе тоже находит применение (например, при гидрогенизации жиров), но значительно реже, чем газовый катализ.

Во всех процессах гетерогенного катализа реакция протекает на самой поверхности катализатора. Это значит, что величина и свойства поверхности, химический состав поверхностного слоя, структура и состояние его должны иметь существенное значение для активности катализатора.Весьма различная интенсивность адсорбционных процессов на различных участках поверхности данного адсорбента объясняется неоднородностью поверхности. Так как каталитическая активность материала обычно связана с адсорбцией реагирующих веществ на наиболее активных участках его поверхности, то решающее значение имеет наличие именно этих активных участков (активных центров). Существенно развитие величины поверхности, однако даже при значительной поверхности материал не будет активным катализатором, если структура и состояние ее таковы, что на ней нет необходимых активных центров. Вследствие этого для активности катализатора имеет значение не только химический его состав, но, не в меньшей степени, и способ изготовления, от которого зависят состав, структура и состояние поверхности катализатора. Так, специально приготовляемая активная окись алюминия служит хорошим катализатором реакции получения этилена путем дегидратации этилового спирта. Но для получения такой активной окиси алюминия необходимо тщательно соблюдать определенные условия, без чего она при том же химическом составе может не обладать активностью или быть мало активной.

Катализаторы часто проявляют высокую специфичностьих действия. Специфичность каталитического действия заключается а том, что во многих случаях катализаторы избирательно увеличивают скорость только одной какой-нибудь из реакций, не влияя заметно на скорости других реакций, возможных для тех же исходных веществ. Например, дегидратация этилового спирта, в зависимости от вида катализатора и условий проведения, может приводить к образованию различных продуктов:

С2Н5ОН = С2Н4 + Н20 (а)

2Н5ОН = (С2Н5)20 + Н20 (б)

Пользуясь в качестве катализатора окисью алюминия, можно количественно провести первую реакцию, а применяя в качестве катализатора фосфорные кислоты, также количественно провести вторую реакцию (несколько меняя при этом и температурные условия). Наряду с этим пары спирта при пропускании, например, через медный или никелевый катализаторы образуют ацетальдегид:

С2Н5ОН = СН3СНО + Н2 (в)

Известны и катализаторы, не обладающие такой специфичностью. Так, металлические Ni, Рd или Рt катализируют различные реакции гидрогенизации и дегидрогенизации.

Несмотря на большое число работ, посвященных изучению гетерогенного катализа, и, в частности, выяснению факторов, влияющих на активность катализатора, теория еще не достигла той степени развития, чтобы могла заранее для любой интересующей нас реакции дать законченные рецептуры получения активного катализатора. Поэтому разработка способа получения катализатора для требуемой реакции и в настоящее время осуществляется в значительной степени путем подбора как материала катализатора, так и условий его изготовления. Конечно, при этом используется и богатейший опыт, накопленный в подобных изысканиях в прошлом.

В отношении основного химического состава катализатора для многих видов реакций уже известны типы катализаторов, как, например, металлические никель, палладий или платина для процессов гидрогенизации или дегидрогенизации органических соединений.

Для того чтобы иметь достаточно развитую поверхность, катализатор должен или обладать сильно пористой структурой, или находиться в высокодисперсном состоянии. Так как тонкие порошки оказывают слишком большое сопротивление при прохождении через них газа, то для применения в газовых реакциях катализатор наносят обычно на подходящий носитель (трегер) с пористой структурой (пемза, асбест и пр. Тонкие капилляры увеличивают общую поверхность, но диффузия в них происходит с меньшей скоростью.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.