Курс химической кинетики. 4-е изд. - Эмануэль Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, гашение извести
Са04-НгО-*Са(ОНЬ
когда все три компонента образуют отдельные фазы и процесс идет на границе раздела воды и СаО, является гетерогенным гетерофазным процессом.
51
Замкнутые и открытые системы
Системы, в которых происходит химическое превращение, могут быть замкнутыми или открытыми.
Замкнутой называется система, в которой отсутствует материальный обмен с окружающей средой. В замкнутую систему в начале процесса вводится некоторое количество исходных веществ, которые далее претерпевают ряд химических превращений — переходят в промежуточные вещества и продукты реакции, но все эти вещества до окончания процесса остаются в пределах рассматриваемой системы, т. е. не выводятся из реакционного сосуда.
С некоторой степенью точности замкнутой системой можно считать каждый элемент объема в ламинарном потоке. Если стру т газа пли жидкости проходит через реакционный сосуд, в которо : созданы условия, необходимые для протекания химической реакции (например, достаточно высокая температура пли присутствие необходимого катализатора), то при отсутствии конвекции и достаточи-.' малой скорости диффузии вещества в направлении потока каждый объем реакционной смеси можно рассматривать как независимы!! от остальных, т. е. как перемещающуюся в пространстве замкнутую систему. Такой способ проведения химических реакций широко используется в научно-исследовательской работе и в промышленности. Соответствующие реакторы получили название реактора идеального вытеснения.
С точки зрения химической кинетики важнейшей особенностью замкнутых систем является то обстоятельство, что изменение количества какого-либо химического соединения в таких системах происходит только в результате химического превращения. Поэтому суммарное число молей каждого из элементов, присутствующих в системе, остается неизменным на протяжении всего химического процесса.
Наряду с этим в природе, технике и в научных исследованиях встречаются системы с непрерывным поступлением исходных веществ и уводом продуктов реакции за счет диффузии или других видов массопередачн. Системы, в которых имеет место материальный обмен с окружающей средой, называются открытыми системами.
Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, для которых непрерывный материальный обмен с внешней средой является необходимым условием их существования.
Наиболее простым типом открытой системы является реактор идеального смешения, в который с определенной скоростью подаются исходные вещества и одновременно выводится такое же по объему количество реакционной смеси. При этом в пределах реактора за счет интенсивного перемешивания или энергичной циркуляции смеси через реактор (при проведении гетерогенно-каталитиче-ских реакций) обеспечивается однородный состав реакционной смеси.
Следует отметить, что понятия замкнутая и открытая система носят несколько условный характер, так как зависят от того,
52
в том или ином рассматриваемом случае понимается как си-„а и как окружающая среда. Например, при окислении жидкого ^водорода газообразным кислородом можно рассматривать обе 31 как единую замкнутую систему, в которой протекает гомоген-"¦¦тетерофазный химический процесс. Можно, однако, рассматри-ь углеводород как открытую систему, а газовую фазу — как шнюю среду, из которой в открытую систему поступает кисло-и в которую выводятся газообразные продукты реакции. Реак-г идеального смешения является открытой системой. Но вместе ^резервуаром, из которого в него поступают исходные вещества, ;;.с резервуаром, в который выводится реакционная смесь, они "разуют замкнутую систему, в которой проходит гетерофазный мический процесс. § 2. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ Скорость реакции в замкнутой системе
Важнейшей количественной характеристикой протекания химичкой реакции во времени является скорость реакции. Понятие Скорости реакции должно характеризовать количество вещества, ступающего в реакцию или образующегося в результате реакции "единицу времени. Так как в сложных реакциях между расходовавшем исходных веществ, накоплением промежуточных веществ и д»родуктов реакции может не существовать простых стехиометри-феских соотношений, в общем случае следует говорить не о скорости химического процесса в целом, а о скорости по некоторому «определенному компоненту.
!5- В замкнутой системе, где изменение количества вещества происходит только в результате химической реакции, это изменение может быть определено как о\п/й1, где п — число молей рассматриваемого вещества в момент времени /. Численное значение этой лроизводно)) в некоторой выбранной системе единиц зависит от природы процесса (т. е. от того, какая именно реакция рассматривается), условий его протекания (концентрации компонентов, температуры и др.) и от взятого количества исходных веществ.
Влияние последнего фактора на скорость процесса можно исключить, если производную йп/сИ относить к какой-либо величине, характеризующей начальные количества реагентов. Для гомофаз-ных процессов в качестве такой величины обычно используется
объем системы V.
